Том 125, № 1 (2024)

Актуальность задачи создания новых высокоскоростных магнитоэлектрических моторов и генераторов требует наличия высокопрочных материалов с определенными магнитными характеристиками. Рассмотрена возможность применения мартенситностареющих сталей, в частности, стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ разработки ООО “Ласмет”, в качестве полюсов ротора высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами, вследствие благоприятного сочетания механических свойств, повышенной коррозионной стойкости и ударной вязкости этой стали. Исследованы механические и магнитные свойства стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ. Несмотря на то, что максимальное значение магнитной проницаемости у стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ в разы ниже, чем у конструкционных сталей 3 и 30ХГСА, показано, что различие по величине электромагнитного момента двигателей с использованием разных сталей 30ХГСА и 04Х13Н8МТЮ–ВИ составляет менее 0.2%. С учётом более высоких прочностных свойств стали 04Х13Н8МТЮ–ВИ появляется потенциальная возможность повысить частоту вращения ротора на 25% по сравнению с ротором, изготовленным из 30ХГСА.

Выполнено исследование структурных и магнитных свойств слоистого халькогенида Fe₄Co₃Se₈, обладающего ферримагнитным порядком ниже 196 K, с помощью рентгеновской дифрактометрии, измерений магнитной восприимчивости и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах ⁵⁹Co. Найдено, что эффективный магнитный момент ионов железа составляет µ_эфф ≈ 5.90(5) µ_B. Определены значения компонент тензоров магнитного сдвига и градиента электрического поля в месте расположения ядер кобальта. Из температурных зависимостей сдвига и восприимчивости в Fe₄Co₃Se₈ сделана оценка сверхтонкого поля, наводимого на ядра Co от соседних ионов железа. Установлено, что ионы кобальта в Fe₄Co₃Se₈ так же, как и в соединении Co₇Se₈, не обладают собственным магнитным моментом, но имеют наведенный от соседних ионов железа момент µ_эфф^Co ≈ 0.36(4) µ_B, который при переходе в магнитоупорядоченное состояние уменьшается до значения 0.07(1) µ_B из-за взаимной компенсации вкладов от соседних ионов железа.

Показано распределение ионов Cо²⁺ по подрешеткам и структурно неэквивалентным положениям в элементарной ячейке кристаллической решетки монокристалла литийгаллиевой шпинели Li_0.5Ga_2.5O₄. Такое распределение определяет свойства как моно-, так и нанокристаллических веществ. Распределение обеспечивается специальной технологией и проявляется в спектрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Распределение ионов Cо²⁺ зависит от структурной и магнитной неэквивалентности. Структурная и магнитная неэквивалентность формирует многоминимумность потенциала кристаллического поля в элементарных ячейках монокристаллов в местах расположения ионов Cо²⁺. Ионы Cо²⁺ находятся в комплексах с тетраэдрическим и октаэдрическим окружением ионами кислорода. Обнаружены и исследованы три типа спектров ЭПР ионов Cо²⁺. Спектр Co²⁺_тетр обязан иону Co²⁺, замещающему ион Ga³⁺, находящийся в тетраэдрическом кислородном окружении. Спектр Co²⁺_окт, находящегося в кристаллическом поле аксиальной симметрии, принадлежит иону Co²⁺, замещающему ион Li⁺, находящийся в октаэдрическом кислородном окружении. Спектр Co²⁺_окт, находящегося в кристаллическом поле низкой симметрии, принадлежат иону Co²⁺, замещающему ион Ga³⁺, находящийся в октаэдрическом кислородном окружении. Ближайшее катионное окружение иона создает ромбические искажения за счет разной валентности Li⁺ и Ga³⁺. Исследование угловых зависимостей спектров показало наличие в элементарных ячейках по четыре и по 12 магнитно-неэквивалентных положений.

Проведено трехмерное микромагнитное моделирование процесса перемагничивания пермаллоевой пленки, имеющей на одной из граничных поверхностей дополнительные элементы рельефа ступенчатой формы из того же материала. Показано, что в ходе перемагничивания в постоянном магнитном поле начальное распределение намагниченности, содержащее С-образную доменную стенку, трансформируется в зону перемагничивания, заполненную вихревыми структурами. При этом динамика перемагничивания становится нерегулярной. Для различных типов элементов поверхностного рельефа (полос, линейных или двумерных массивов прямоугольных параллелепипедов различного размера) выявлены особенности динамики зоны перемагничивания (изменение скорости, временное или окончательное прекращение движения). Описаны методы визуализации вихревых структур.

Работа посвящена исследованию влияния содержания Mg и Si, в том числе в разном соотношении, на эволюцию микроструктуры и сверхпластичность после обработки методом всесторонней изотермической ковки сплавов системы Al–Mg–Si–Cu с добавками Fe и Ni, образующих крупные частицы фаз кристаллизационного происхождения, и дисперсоидообразующих элементов Sc и Zr. Были изучены сплавы со следующим содержанием Mg/Si (мас.%): 1.2/0.4 (3), 1.2/0.7 (1.7) и 2.0/0.7 (2.8). Сплавы были подвергнуты 6 циклам всесторонней изотермической ковки (ВИК) при температуре 325 °C с накопленной деформацией до ∑ε = 14.4. В процессе ВИК происходила фрагментация частиц эвтектических фаз Mg₂Si и Al₉FeNi и формирование частиц размером 0.6–0.7 и 1.2–1.5 мкм, соответственно. Благодаря гетерогенной структуре и реализации механизмов стимулирования зарождения рекристаллизованных зерен и сдерживания их роста в сплавах формировалась микрозеренная структура со средним размером зерна около 2 мкм. Показано, что увеличение концентрации Si при постоянном содержании Mg, а также увеличение концентрации Mg и Si при близком соотношении Mg/Si приводит к увеличению доли рекристаллизованного объема и уменьшению размера зерна после всесторонней ковки. При этом, сплав с наименьшим содержанием Mg и Si показал наибольшие удлинения при сверхпластической деформации, что объяснено сниженной долей частиц фазы Mg₂Si кристаллизационного происхождения.

Атомная структура монокристаллических образцов магнитомягких сплавов Fe – 9 ат.% Ga (область A2-фазы), подвергнутых термомагнитной обработке (ТМО), исследована методом рентгеновской дифракции. В процессе ТМО образцы отжигались в ферромагнитном состоянии при температуре 450 °C и медленно охлаждали до комнатной температуры во внешнем насыщающем магнитном поле. В сплавах, подвергнутых ТМО так же, как и термической обработке (ТО) в отсутствие магнитного поля, обнаружены кластеры B2-типа, представляющие собой пары ОЦК-ячеек, центрированные атомами Ga. Показано, что ТМО или ТО практически не влияют на размер и объемную долю B2-кластеров в исследованном сплаве. Обсуждается механизм образования и стабильности B2-кластеров и их роль в формировании наведенной магнитной анизотропии в Fe–Ga-сплавах.

Отличительной особенностью дисперсно-упрочненных оксидами сплавов и сталей, обеспечивающей существенное повышение жаропрочности в сравнении с традиционными материалами, является значительное число равномерно распределенных наноразмерных включений (оксидов и кластеров). Для детальной характеризации таких материалов применяют комплекс методик, таких как просвечивающая электронная микроскопия, атомно-зондовая томография, а также малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов. Последняя указанная методика позволяет анализировать наибольшие объемы материала, при этом сохраняет возможность детектирования различных наноразмерных особенностей. Поскольку ферритно-мартенситные дисперсно-упрочненные оксидами стали – ферромагнитные материалы, то при использовании малоуглового рассеяния нейтронов необходимо учитывать магнитное рассеяние. В данной работе методом малоуглового рассеяния нейтронов исследуется наноструктура ферритно-мартенситных дисперсно-упрочненных оксидами сталей с различными системами легирования (различное содержание Cr, V, W, Al и Zr). Проведено сопоставление результатов исследования наноструктуры сталей (оксидных частиц и кластеров) в ферромагнитном состоянии с учетом и без учета магнитного рассеяния. Показано, что оксидные частицы имеют существенно больший магнитный контраст в сравнении с наноразмерными кластерами. В то же время наиболее точные значения твердости удается получить, учитывая как оксидные включения, так и кластеры.