Опровергнута гипотеза о причине изменения формы сплавов при намагничивании

Учёные из Объединённого института ядерных исследований, ОИЯИ, и Университета МИСИС доказали, что гигантские магнитострикционные свойства у сплавов на основе железа и галлия нельзя объяснить образованием наноразмерных кластеров. Эти сплавы востребованы в высокотехнологичных отраслях.

Количество таких кластеров оказалось на порядок меньше, чем указывалось в статьях зарубежных учёных.

Сплавы железа и галлия, известные как галфенолы, используются для изготовления электроники, гидролокаторов, сенсорных устройств и элементов системы автоматического регулирования. Это связано с их способностью менять размер под воздействием магнитного поля.

Ранее считалось, что повышенную магнитострикцию вызывает наличие 3-5% наноразмерных включений с тетрагональной структурой в кубической решётке Fe-Ga сплавов (фазы L60). Однако российские учёные выяснили, что в массивных образцах доля этой фазы мала и составляет не более 0,1–0,2% от объёма образца.

Наши исследования ставят под сомнение распространенную гипотезу о природе возникновения гигантской магнитострикции в железо-галлиевых сплавах. Ее зарубежные авторы утверждают, что после обработки галфенолов при определенных температурах, в нем формируется особая фаза, которая усиливает магнитострикцию. В нашем исследовании показано, что объемная доля этой фазы в массивных образцах, не менее чем на порядок меньше, чем принято считать на основе исследований тонких пленок, а поэтому они не могут определять макросвойства материала. Таким образом, существующие интерпретации о функциональных свойствах галфенолов ставятся под сомнение и ученым снова необходимо искать причины возникновения этого необычного явления, — поделился д.ф.-м.н. Игорь Головин, профессор кафедры металловедения цветных металлов НИТУ МИСИС, ведущий научный сотрудник ОИЯИ.

Сотрудники НИТУ МИСИС опубликовали исследования галфенолов в научных журналах. Среди них — статьи в Journal of Alloys and Compounds и Physical Review Materials.

Расхождения между данными могли возникнуть из-за разных методов анализа образцов. Российские учёные использовали нейтронное и синхротронное излучение для анализа объёмных образцов, а другие исследователи применяли метод просвечивающей микроскопии на тонких фольгах.

В журнале Journal of Alloys and Compounds есть информация о том, как термообработка влияет на галфенолы.

Сплавы системы Fe-Ga являются интересными со многих точек зрения объектами исследований с выраженными функциональными свойствами. С помощью специальной термообработки можно получить совершенно разные кристаллические структуры или их смеси. В зависимости от своей структуры при комнатной температуре сплав проявляет совершенно различные магнитные свойства, — сказал соавтор исследования, магистрант НИТУ МИСИС Уйи Десмонд Осагуона.

Результаты исследований структуры Fe-Ga сплавов с высоким содержанием галлия опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Несмотря на то, что оптимальные функциональные свойства наблюдаются у сплавов системы Fe-Ga с содержанием галлия менее 28 атомных %, интерес к ним выявил отсутствие систематических знаний о структуре Fe-Ga сплавов с бОльшим содержанием галлия. Совместно с коллегами из Дубны, мы не только смогли уточнить равновесную диаграмму сплава Fe-Ga, на которую добавлены новые ранее неизвестные фазы, но и получили кинетические зависимости образования ряда равновесных и метастабильных фаз, — рассказала к.т.н. Валерия Палачёва, научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» НИТУ МИСИС.

Исследования выполнены при поддержке грантов Российского научного фонда (№ 22-42-04404 и № 19-72-20080). Результаты стали возможны благодаря использованию реактора ИБР-2 в ОИЯИ в Дубне и участию российских учёных, которые провели эксперименты на оборудовании в университетах Франции, Испании и Тайваня.

16.07.2024