Magnetic properties and structure of the Fe63.5Mn10Cu1Nb3Si13.5B9 alloy nanocrystallized under tensile stresses

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The influence of introduction of 10 at. % Mn for Fe in the classical Finemet (Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9) on its magnetic properties, magnetic anisotropy, and structure is studied after nanocrystallization annealing at 520°C with varying duration from 10 min to 4 h in the presence of tensile stresses (σ = 200 MPa) (SA) and without them (NA). It is established that in the Fe63.5Mn10Cu1Nb3Si13.5B9 alloy (Mn10-alloy), just as in the classical Finemet, SA results in the induction of transverse magnetic anisotropy, yet, the constant of induced magnetic anisotropy is decreased by a factor of 4. The coercivity of the Mn10-alloy grows with increasing annealing time upon both SA and NA, while that of Finemet virtually does not change. Unlike Finemet, in the Mn10-alloy, along with the α-Fe(Si, Mn) solid solution and Fe3Si phase, there form borides already after 10-min treatment. This results in the change in the volume fractions of structure components with a negative magnetostriction, α-Fe(Si, Mn) and Fe3Si, which are responsible for the induction of transverse magnetic anisotropy, and positive magnetostriction, FeB, Fe2B, Fe3B, and hence, most likely, causes decrease in the constant of IMA of the Mn10-alloy. Besides, unlike Finemet, the average grain size in the alloy with Mn increases with the time of annealing, which, together with the formation of borides, increases the coercivity.

About the authors

V. A. Lukshina

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: lukshina@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

N. V, Dmitrieva

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: lukshina@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

E. G. Volkova

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: lukshina@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

D. A. Shishkin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University

Author for correspondence.
Email: lukshina@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia; Ekaterinburg, 620002 Russia

References

  1. Yoshizawa Y., Oguma S., Yamauchi K. New Fe-based Soft Magnetic Alloys Composed of Ultrafine Grain Structure // J. Appl. Phys. 1988. V. 64. P. 6044–6046.
  2. Herzer G. Nanocrystalline soft magnetic Alloys, in: K.H.J. Buschow (Ed.), Hand-book of Magnetic Materials, Vacuum-schmelze, Hanau, 1997. V. 10. P. 415.
  3. Fiorillo F., Bertotti G., Appino C., Pasquale M. Soft Magnetic Materials, in: Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2016. P. 1.
  4. Muller M., Harada H., Warlimont H. Magnetic Materials, in: H. Warlimont, W. Martienssen (Eds.), Springer Handbook of Materials Data, second ed. Springer International Publishing. New York, 2018. 753 p.
  5. Kolano-Burian A., Varga L.K., KolanoR., Kulik T., Szynowski J. High Frequency soft magnetic properties of finemet mobified by Co // JMMM. 2007. V. 316. P. e820–e822.
  6. Gercsi Zs., Mazaleyrat F., Varga L.K. High-temperature soft magnetic properties of Co-doped nanocrystalline alloys // JMMM. 2006. V. 302 (2). P. 454–458.
  7. Volchkov S.O., Lukshina V.A., Zakharova A.A., Potapov A.P., Volkova E.G. Structure, Magnetic Properties, and Magnetoimpedance of the Fe73.5−xCrxSi13.5B9Nb3Cu1 (x = 0 to 5) Alloys // IEEE Trans. Magn. 2014. V. 50 (11). P. 007504.
  8. Lukshina V.A., Dmitrieva N.V., Cerderia M.A., Potapov A.P. Stress-induced magnetic anisotropy in Fe-based nanocrystalline alloy with addition of 1–5 at. % Cr // Journal of Alloys and Compounds. 2012. V. 536S. P. S374–S376.
  9. Agudo P., Vázguez M. Influence of Ni on structural and magnetic properties of Fe73.5–xNixSi13.5B9Nb3Cu1 (0 ≤ x ≤ 25) alloys // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 023901.
  10. Duhaj P., Švec P., Sitec J., Janičkovič D. Thermodinamic, kinetic and structural aspects of the formation of nanocrystalline phases in Fe73.5–xNixCu1Nb3Si13.5B9 alloys // Mater. Sci. Eng. 2001. V. A304–306. P. 178–186.
  11. Катаев В.А., Стародубцев Ю.Н., Михалицына Е.А., Белозеров В.Я., Цынгалов Р.В. Магнитные свойства и индуцированная анизотропия в нанокристаллическом сплаве Fe72.5–xNixCu1.1Nb1.9Mo1.5Si14.3B8.7 // ФММ. 2017. Т. 118. № 6. С. 589–594.
  12. Yoshizawa Y., Fujii S., Ping D.H., Ohnuma M., Hono K. Magnetic properties of nanocrystalline FeMCuNbSiB alloys (M: Co, Ni) // Scr. Mater. 2003. V. 48. P. 863–868.
  13. Brzozowski R., Wasiak M., Piekarski H., Sovakc P., Uznański P., Moneta M.E. Properties of Mn-doped FINEMET // Journal of Alloys and Compounds. 2009. V. 470. P. 5–11.
  14. Moneta M.E., Brzozowski R., Wasiak M., Uznański P. Properties of FINEMET with Fe partially replaced by Mn // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2009. V. 267. P. 411–414.
  15. Gomez-Polo C., Pérez-Landazábal J.I., Recarte V., Mendoza Zélis P., Li Y.F., Vazquez M. Magnetic properties of Mn-doped finemet nanocrystalline alloy // J. Magn. Magn. Mater. 2005. V. 290–291. P. 1517–1519.
  16. Bayri N., Izgi T., Gencer H., Sovak P., Gunes M., Atalay S. Crystallization kinetics of Fe73.5–xMnxCu1Nb3Si13.5B9 (x = 0, 1, 3, 5, 7) amorphous alloys // Journal of Non-Crystalline Solids. 2009. V. 355. P. 12–16.
  17. Дмитриева Н.В., Лукшина В.А., Волкова Е.Г., Клейнерман Н.М., Сериков В.В., Потапов А.П. Наведенная магнитная анизотропия и структура нанокристаллических сплавов Fe–Co–Cu–Nb–Si–B с различным содержанием Co. Часть 1. Магнитная анизотропия, наведенная отжигом под нагрузкой, и ее термическая стабильность // ФММ. 2009. Т. 107. № 4. С. 376–382.
  18. Клейнерман Н.М., Сериков В.В., Лукшина В.А., Волкова Е.Г., Дмитриева Н.В., Потапов А.П. Наведенная магнитная анизотропия и структура нанокристаллических сплавов Fe-Co-Cu-Nb-Si-B с различным содержанием Co. Часть 2. Структура сплавов c наведенной магнитной анизотропией // ФММ. 2009. Т. 107. № 5. С. 482–489.
  19. Лукшина В.А., Дмитриева Н.В., Волкова Е.Г., Шишкин Д.А. Магнитные свойства сплава Fe63.5Ni10Cu1Nb3Si13.5B9, нанокристаллизованного в присутствии растягивающих напряжений // ФММ. 2019. Т. 120. № 4. С. 346–351.
  20. Лукшина В.А., Дмитриева Н.В., Волкова Е.Г., Шишкин Д.А. Структура сплава Fe63.5Ni10Cu1Nb3Si13.5B9, нанокристаллизованного в присутствии растягивающих напряжений // ФММ. 2019. Т. 120. № 12. С. 1243–1249.
  21. Лукшина В.А., Дмитриева Н.В., Волкова Е.Г., Шишкин Д.А. Магнитные свойства и структура сплава Fe63.5Ni10Cu1Nb3Si13.5B9 с наведенной магнитной анизотропией // ФММ. 2021. Т. 122. № 6. С. 574–580.
  22. Yoshizawa Y., Yamauchi K. Fe-based soft magnetic alloys composed of ultrafine grain structure // Mater. Trans. JIM. 1990. V. 31. P. 307–314.
  23. Глазер А.А., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Потапов А.П., Сериков В.В. Термомеханическая обработка нанокристаллического сплава Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 // ФММ. 1991. № 12. С. 56–61.
  24. Shiskin D.A. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. P. 025201.
  25. Noh T.H., Lee M.B., Kim H.J., Kang I.K. Relationship between crystallization process and magnetic properties of Fe(CuNb)SiB amorphous alloys // J. Appl. Phys. 1990. V. 67 (9). P. 5568–5570.
  26. Ohnuma M., Hono K., Yanai T., Nakano M., Fukunaga H., Yoshizawa Y. Origin of the magnetic anisotropy induced by stress annealing in Fe-based nanocrystalline alloy // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. P. 152513(1–3).
  27. Ершов Н.В., Лукшина В.А., Федоров В.И., Дмитриева Н.В., Черненков Ю.П., Потапов А.П. Влияние термомагнитной и термомеханической обработки на магнитные свойства и структуру магнитомягкого нанокристаллического сплава Fe81Si6Nb3B9Cu1 // ФТТ. 2013. Т. 55. № 3. С. 460–470.
  28. Сериков В.В., Клейнерман Н.М., Волкова Е.Г., Лукшина В.А., Потапов А.П., Свалов А.В. Структура и магнитные свойства нанокристаллических сплавов системы FeCuNbSiB после термомеханической обработки // ФММ. 2006. Т. 102. № 3. С. 290–295.
  29. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Федоров В.И., Лукшина В.А., Потапов А.П. Рентгенодифракционные исследования структуры нанокристаллов в магнитомягких сплавах Fe63.5 Ni10Cu1Nb3Si13.5B9 до и после термомеханической обработки // ФТТ. 2010. Т. 52. № 3. С. 514–519.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (132KB)
Indexing metadata
3.

Download (47KB)
Indexing metadata
4.

Download (36KB)
Indexing metadata
5.

Download (1MB)
Indexing metadata
6.

Download (184KB)
Indexing metadata
7.

Download (2MB)
Indexing metadata
8.

Download (115KB)
Indexing metadata
9.

Download (1MB)
Indexing metadata
10.

Download (156KB)
Indexing metadata
11.

Download (1MB)
Indexing metadata
12.

Download (140KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».