Исследование механизмов формирования фундаментальных и структурно-чувствительных свойств в наноструктурированных, в том числе обменно-связанных магнитных материалах

Проведен синтез 3d интерметаллидов (Fe₁₋ₓCoₓ)2B с тетрагональной кристаллической решёткой. Высокая магнитная анизотропия этих соединений необходима для достижения высокой коэрцитивной силы в синтезируемых впоследствии композитных материалах, содержащих эти фазы. В качестве магнитотвердой фазы выбраны соединения на основе Mn и Ga. Проведены исследования по изучению влияния механических обработок и термических обработок в сильных постоянных магнитных полях на процесс формирования метастабильной тетрагональной фазы D022. Установлено, что остаточная намагниченность и коэрцитивная сила сплава Mn₇₀Ga₃₀, приготовленного методом дуговой плавки, может быть существенно улучшена путем холодной прокатки. Для дальнейшего улучшения свойств холоднокатаный материал должен быть подвергнут отжигу при T = 730 К в присутствии магнитного поля 1 Тл. Произведенный подобным образом магнит при комнатной температуре имеет остаточную намагниченность 0,239 Тл и коэрцитивную силу 1,24 Тл.Используя оптимальное соединение Fe₁,₅Co₀,₅B и магнитотвердую фазу Mn₇₀Ga₃₀ с помощью метода механосинтеза изготовлен магнитотвердый материал, не содержащий редкоземельных металлов. В данном композите с увеличением содержания фазы с высокой намагниченностью намагниченность композита растет, в то время как коэрцитивная сила уменьшается. Проведен комбинаторный анализ на соединении Fe₁,₅Co₀,₅BM₀,₃, где M = Pb, Bi, Cu, Sn, In, S, P, Se, Ca, Sr, Zr, Mg, Al, Ga, Ti, Ta, Sc, Y, Nb, C, Si, Sb, Ge, W, Mo, Re, V, Mn, Ni. Все образцы изготовлены с помощью метода дуговой плавки с последующей быстрой закалкой. Как показал сравнительный анализ, наиболее перспективными для дальнейшего исследования оказались следующие элементы: Ta, Zr, Y, Hf. Максимальная коэрцитивная сила для образцов Fe₁,₅Co₀,₅BTa₀,₃, Fe₁,₅Co₀,₅BZr₀,₂₅ и Fe₁,₅Co₀,₅BHf₀,₂₅ составила HC = 600 Э, HC = 300 Э и HC = 650 Э соответственно. С помощью метода механосинтеза синтезированы порошковые образцы сплавов HfCo₅, TaFe₅, TaCo₅, TaCo₅, ZrCo₅, SrCo₅, SrFe₅, MgCo₅, MgFe₅, BaFe₅, BaCo₅ и CaCo₅. Определен оптимальный режим механических обработок для получения гомогенных материалов. Анализ результатов рентгеноструктурного анализа показал, что после размола образцы имеют сильно дефектную структуру и в них не обнаруживается присутствие 5d-элементов (Hf и Ta) и элементов 2-й группы, которые полностью растворены в матрице 3d-элементов (Co и Fe). Установлено, что длительные отжиги при температурах выше 400ºС приводят к декомпозиции образцов. Длительные низкотемпературные отжиги приводят к формированию фаз с увеличенными значениями магнитных характеристик в случает легирования щелочно-земельными элементами (Ca, Ba, Sr). Максимальные значения коэрцитивной силы отжиге после отжига при 400ºС в течение 1 нед. получены для образцов SrCo₅ HC = 320 Э и CaCo₅ HC = 300 Э. Высокотемпературные кратковременные отжиги эффективны для образцов, легированных 5d-элементами. Данные термические обработки приводят к формированию интерметаллических фаз с увеличенными значениями коэрцитивной силы: для HfCo₅ Нс = 500 Э после отжига при температуре 1100ºС в течение 5 мин; для TaFe₅ Нс = 250 Э после отжига при температуре 800ºС в течение 10 мин; для TaCo₅ Нс = 300 Э после отжига при температуре 900ºС в течение 10 мин. Разработанные модели позволяют оценивать методы оптимизации свойств новых функциональных магнитных материалов на основе сплавов 3d- и 4f-переходных металлов.