Поверхностная структура магнитных сплавов кобальт-марганец

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© И.Г. ЖИХАРЕВА, В.В. ШМИДТ, Ю.В. ПАХАРУКОВ, А.А. РАКАШОВ
shmidt_vadim@mail. ru, aleksandr_rakash@mail. ru
УДК 541. 138. 3
ПОВЕРХНОСТНАЯ СТРУКТУРА МАГНИТНЫХ СПЛАВОВ КОБАЛЬТ-МАРГАНЕЦ
АННОТАЦИЯ. Методами атомно-силовой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа исследованы структурные факторы, оказывающие наибольшее влияние на коэрцитивную силу (Нс) сплавов кобальт-марганец.
SUMMARY. By atomic force microscopy, scan electron microscopy, X-ray analysis examined thestructural factors that have the greatest influence on the coercive force (Hc) of cobalt-manganese alloys.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Атомно-силовая микроскопия, наноструктура, магнитные свойства, сплавы.
KEY WORDS. Atomic force microscopy, nanostructure, magnetic properties, alloys.
Актуальность. Сплавы кобальта представляют большой интерес в связи с их ценными магнитными свойствами, используемыми в микроэлектронной технике. К магнитомягким материалам относятся сплавы с малой коэрцитивной силой (НД близкой к Нс аморфных соединений на основе кобальта и высоким магнитным насыщением, сравнимым с таковым в аморфных сплавах на основе железа [1], [2]. Отличительной особенностью кобальта и сплавов на его основе является очень большая разница в значениях коэрцитивной силы между кристаллитами а-Со (гексагональная плотноупакованная решетка — ГПУр) и Р-Со (гранецентрированная кубическая решетка — ГЦКр) [3−6].
Цель работы. Целью данной работы явилось исследование структурных факторов, оказывающих наибольшее влияние на коэрцитивную силу электролитических сплавов Co-Mn.
Методы исследования. Магнитные покрытия толщиной 3 мкм осаждали из сульфатного электролита в присутствии о-аминосульфокислоты (о-АСК) при катодной плотности тока ik= 10 -г- 40А/дм2, температуре 20^800С, рН=2,0−5,6. Фазовый состав сплава определяли с помощью установки ДРОН-6 на Co- Ка излучении, Fe-фильтр. Элементный состав изучали на приборе РЭМ (растровый электронный микроскоп и микрорентгеноспектральный анализатор) с пределом обнаружения 0,1−1,0ат.% и относительным стандартным отклонением 0,010, 1. Исследование поверхности структуры покрытий проводилось с помощью атомно-силового зондового микроскопа «N Tegra Aura» (фирма «МДТ», Россия) полуконтактным методом со сканированием образца [7]. Латеральное разрешение сканирования микроскопа составляет не менее 1 нм, разрешение по высо-
те — не менее 0,5 нм. Определение коэрцитивной силы осуществляется с помощью вибрационного магнитометра по осциллограмме петли гистерезиса с погрешностью 3−5% [8]. Содержание кобальта и марганца находили с помощью спектрофотометрического метода с погрешностью 5−7%.
Результаты и их обсуждение. При всех изученных условиях электролиза получены покрытия бинарным сплавом Со-Мп на основе кобальта (таблица). Все осадки содержат фазу гексагонального кобальта — а-Со и аморфную фазу Со (ОН)2. Ряд пленок содержат дополнительные фазы: в-Со, а-Мп (Мп & gt- 2,5 ат. %). Содержание компонентов в сплаве существенного влияния на магнитные свойства покрытия не оказывает (таблица).
Таблица
Структура и коэрцитивная сила сплавов Со-Мп
№ А/дм2 рН ^ оС %ат., Со в сплаве Фаза Тексту) а Н, с' Э
ось совер- шен- ство
1 20 2 20 97,5 а-Со+р-Со [11 2 0]+[110] 5 2 21
2 15 2 60 96,7 а-Со& gt->-р-Со- Со (ОН)2 следы [11 2 0] 2 28
3 15 3,8 20 93,8 а-Со& gt->-а-Мп- Со (ОН)2 [11 2 0] 7 45
4 15 5,6 20 92,1 Со (ОН)2& gt->- а-Со+а-Мп [1010] 4 12
Видно, что отдельным микроскопическим участкам соответствует больший усредненный магнитный момент (темные кристаллы на рисунке 1), что отвечает повышенной концентрацией кристаллитов а-Со. Это предположение подтверждают и результаты рентгеноструктурного анализа, демонстрируя четкие рефлексы фазы а-Со.
О 5 10 15 20 25 30 35 40 м™
а)
б)
в)
Рис. 1. Распределение магнитных сил в разных областях поверхности сплава Со-Мп
(ік=15 А/дм2, 1=20ОС)
Другим источником магнитных сил являются отдельные зерна фазы а-Мп (черные мелкие кристаллы по стрелке) (рис. 1в), что указывает на принадлежность их к хорошо упорядоченным поликристаллическим доменам. Ступенчатый рельеф поверхности так же указывает на преобладание в поверхностных слоях фазы с ГПУр — кобальта (рис. 2а), а плоскости на рис. 2б подтверждают наличие совершенной текстуры по оси [112 0].
& lt-
120
110
100
90
80
70
М"И"1
50
б)
Рис. 2. Рельеф поверхности (а) и фазовый контраст (б) (^=15 А/дм2, 1=20ОС).
Апертура относится к плоскостям в направлении [112 0]
Разное распределение электронной плотности у топологически сходных структур рельефа возможно связано с различными механизмами роста формирующейся поверхности. Показано, что максимальной коэрцитивной силой обладают покрытия с преобладанием фазы а-Со. Большое влияние на магнитные силы оказывает текстура. При переходе от преимущественной ориентации кристаллитов сплава Со-Мп по оси [11 2 0] (табл., № 3, рис. 2б) к текстуре по оси [1010] (табл., № 4) коэрцитивная сила понижается в 3,75 раза.
Свободная фаза марганца дополнительно увеличивает ферромагнитные свойства покрытия за счет образования доменных структур с малодефектной кристаллической решеткой a-Mn. Высокая концентрация аморфной фазы Со (ОН)2 (табл., № 4) приводит к снижению Нс в 1,5 раза.
Выводы. Показано, что максимальной коэрцитивной силой обладают покрытия с преобладанием фазы a-Со и текстурой по оси [112 0].
Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что наличие фазы a-Mn увеличивает ферромагнитные свойства покрытия за счет образования доменных структур.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гамбург Ю. Д Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов. М.: Янус-К. 1997. 384 с.
2. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктура, нанотехнология. М.: Физматлит. 2007. 416c.
3. Armyanov, S. Relations between the magnetic properties and structure of the electrodeposited cobalt // 28-th Meeting ISE Extend. Abstrs Druzhba. Varna, 1977. № 91. P. 396−405.
4. Жихарев А. И., Жихарева И. Г. Ориентированная электрокристаллизация. Тюмень. ТюмГНГУ. 1994. 290с.
5. Riveiro, J.M. The optic and magnetic properties of very thin electrolytic Co and Ni films // Electrochim Acta. 1983. V. 28. № 6. P. 813−816.
6. Жихарев А. И., Жихарева И. Г. К вопросу формирования структуры электролитического кобальта // Электрохимия. 1994. Т. 30. № 8. С. 977−981.
7. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004. 144 с.
8. Дубенский Н. И., Жихарева И. Г., Журавский Д. А., Шмидт В. В. Структура электролитических магнитных сплавов Co-Ni-Mn / /Химия и химич. технология. Иваново, 2011. Т. 54 № 11. С. 83−87.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой