Процессы структурной релаксации и физические свойства аморфных сплавов. в 2 т. Том 2

И.Б. Кекало
Процессы структурной релаксации 
и физические свойства 
аморфных сплавов
Том 2
Москва  2016

УДК 669.018
 
К33
Р е ц е н з е н т ы :
д-р техн. наук, проф. Д.К. Белащенко (НИТУ «МИСиС»);
д-р физ.-мат. наук, проф. А.М. Глезер (ЦНИИчермет им. И.П. Бардина)
Кекало, И.Б.
К33  
Процессы структурной релаксации и физические свойства 
аморфных сплавов : моногр. : в 2 т. / И.Б. Кекало. – М. : Изд. 
Дом МИСиС, 2016. – Т. 2. – 834 с.
ISBN 978-5-87623-748-4
В третьей части монографии (том 2), рассмотрено влияние различных 
по своей природе процессов структурной релаксации на магнитные свойства 
аморфных сплавов. Особое внимание уделено роли процессов направленного 
упорядочения. Описаны способы, обеспечивающие достижение требуемого 
комплекса магнитных свойств путем отжигов в магнитных полях и под 
напряжением, а также в результате частичной кристаллизации.
Книга рассчитана на металлофизиков и металловедов, научная деятельность 
которых связана с проблемой аморфных металлических сплавов, а также 
на специалистов соответствующих областей промышленности. Данное 
издание может быть также использовано при подготовке специалистов в магистратуре 
и аспирантуре.
Ил. 426. Табл. 19. Библиогр. список 592 назв. 
УДК 669.018
Kekalo I.B. Processes of structural relaxation and physical properties of 
amorphous alloys. – M.: Publishing House «MISiS», 2016. – 834 р.
The Part 3 (Volume 2) of monograph is dedicated to the infl
 uence of structure 
relaxation processes with different nature on magnetic properties of amorphous al-
loys. Special emphasis is paid to the role of directional ordering processes. Methods 
for required complex of magnetic properties after annealing in magnetic fi
 eld und 
after annealing under stress as well as after particial crystallization are characterized.
The book is designed for researchers in material science whose scientifi
 c activity 
is connected with the problem of amorphous metalic alloys, and also for specialists 
from respective fi
 elds of industry. This edition can be used for MA courses and for 
PhD students training.
ISBN 978-5-87623-748-4
©
©
И.Б. Кекало, 2016
НИТУ «МИСиС», 2016

ОГ
ЛАВЛЕНИЕ
ЧАСТЬ III. ВЛИЯНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ 
НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ СПЛАВОВ
Глава 18. Влияние параметров тороидальных образцов, 
приготовленных из лент аморфных сплавов, на их магнитные 
свойства 
......................................................................................................9
18.1. Общие соображения ....................................................................... 9
18.2. Роль размагничивающего фактора 
.............................................. 10
18.3. Влияние полей смещения на магнитные свойства 
тороидальных образцов 
......................................................................... 13
18.4. Влияния диаметра тороида на магнитные свойства 
аморфных лент ....................................................................................... 20
Библиографический список .................................................................. 28
Глава 19. Доменная структура и процессы намагничивания 
в аморфных сплавах 
................................................................................31
19.1. Доменная структура и ее эволюция ............................................ 31
19.2. Процессы намагничивания и их особенности в аморфных 
сплавах 
..................................................................................................... 52
19.3. Эффект смещения петли магнитного гистерезиса 
(СПГ-эффект) 
.......................................................................................... 86
Бибилиографический список 
.............................................................. 104
Глава 20. Технологические параметры спиннингования, 
определяющие геометрию аморфных лент. Классификация 
магнитно-мягких аморфных сплавов 
.................................................. 110
20.1. Методы получения аморфных лент и способы 
варьирования их геометрических параметров ..................................110
20.2. Основные классы магнитно-мягких аморфных сплавов........ 120
Библиографический список ................................................................ 123
Глава 21. Естественная магнитная анизотропия и ее роль 
в формировании свойств аморфных сплавов .....................................124
21.1. Магнитоупругая анизотропия 
.................................................... 125
21.2. Структурная магнитная анизотропия первого типа 
................ 131
21.3. Структурная магнитная анизотропия второго типа 
................ 136
21.4. Магнитная анизотропия, обусловленная поверхностными 
дефектами аморфных лент. Магнитостатическая модель 
............... 159

21.4.1. Поверхностные дефекты аморфных лент. Влияние 
условий получения на качество поверхности и магнитные 
свойства аморфных лент 
................................................................. 159
21.4.2. Магнитостатическая модель формирования 
магнитной анизотропии в аморфных лентах................................ 168
21.5. Магнитная анизотропия, обусловленная 
субмикроскопическими выделениями кристаллических фаз 
......... 171
21.6. Магнитная анизотропия, наводимая однонаправленной 
ориентацией кластеров в переохлажденном расплаве 
при спиннинговании ............................................................................ 172
Бибилиографический список 
.............................................................. 178
Глава 22. Локальная магнитная анизотропия, индуцируемая 
направленным упорядочением, и ее роль в формировании 
магнитных свойств аморфных сплавов ..............................................183
22.1. Модельные представления о направленном упорядочении 
в аморфных сплавах 
............................................................................. 183
22.2. Стабилизация границ доменов вследствие направленного 
упорядочения и эффекты магнитного последействия  .................... 197
22.2.1. Эффект временного спада начальной 
проницаемости (ВСП) ..................................................................... 197
22.2.2. Эффект температурного провала начальной 
проницаемости. Влияние направленного упорядочения на 
магнитные свойства в зависимости от условий термического 
воздействия 
....................................................................................... 214
22.2.3. Особенности стабилизации границ доменов 
и эффектов магнитного последействия в аморфных сплавах .... 254
22.2.4. Модельные представления, устанавливающие 
зависимость ВСП от макроскопической магнитной 
анизотропии, магнитострикции и структурного состояния 
аморфных сплавов ........................................................................... 297
22.2.5. Методы предотвращения негативного влияния 
стабилизации границ доменов на магнитные свойства 
аморфных сплавов ........................................................................... 317
22.2.6. Эффект сдвига кривой намагничивания. 
Перминварность 
............................................................................... 327
22.2.7. Эффекты перетянутости и переползания петли 
магнитного гистерезиса .................................................................. 357
Бибилиографический список.......................................................... 361

Глава 23. Влияние макроскопической магнитной анизотропии, 
пиннинга границ доменов и их стабилизации на магнитные 
свойства аморфных сплавов разных классов 
.........................................369
23.1. Влияние макроскопической магнитной анизотропии 
на начальную проницаемость 
............................................................. 369
23.2. Влияние различных источников пиннинга и стабилизации 
границ доменов на коэрцитивную силу аморфных сплавов 
........... 389
23.3. Обобщение роли пиннинга и стабилизации границ доменов 
в формировании коэрцитивной силы аморфных сплавов разных 
классов 
................................................................................................... 424
23.3.1. Методические подходы при обобщении 
........................... 424
23.3.2. Сплавы на основе железа 
.................................................... 430
23.3.3. Сплавы на основе Fe–Ni ..................................................... 453
23.3.4. Сплавы на основе кобальта с близкой к нулю 
магнитострикцией, содержащие металлоиды  ............................. 457
23.3.5. Безметаллоидные аморфные сплавы на основе 
кобальта с близкой к нулю магнитострикцией 
............................. 479
23.4. Влияние макроскопической магнитной анизотропии на 
коэрцитивную силу .............................................................................. 510
Бибилиографический список 
.............................................................. 523
Глава 24. Магнитная анизотропия, наводимая отжигом 
в магнитном поле ..................................................................................534
24.1. Теоретические представления ................................................... 534
24.2. Отжиг в продольном магнитном поле ...................................... 584
24.3. Отжиг в поперечном магнитном поле ...................................... 608
24.4. Отжиг в наклонном («косом») магнитном поле 
...................... 633
24.5. Отжиг во вращающемся магнитном поле 
................................ 638
Библиографический список ................................................................ 654
Глава 25. Магнитная анизотропия, наводимая специальными 
методами термической обработки 
.......................................................660
25.1. Магнитная анизотропия, наводимая отжигом 
под напряжением (σ-отжиг) ................................................................ 660
25.2. Магнитная анизотропия, наводимая комбинированным 
отжигом в магнитном поле и под растяжением ((Н + σ)-отжиг) 
.... 712
25.3. Магнитная анизотропия, наводимая частичной 
кристаллизацией 
................................................................................... 721
Библиографический список ................................................................ 752

Глава 26. Явление магнитострикции в аморфных сплавах 
...............759
26.1. Природа и виды магнитострикции ........................................... 759
26.2. Влияния химического состава на магнитострикцию ............. 771
26.3. Одноионный и двухионный механизмы формирования 
магнитострикции в аморфных сплавах ............................................. 790
26.4. Влияние процессов структурной релаксации на 
магнитострикцию аморфных сплавов ............................................... 798
26.5. Роль магнитострикции в формировании магнитных 
свойств аморфных сплавов разных классов ..................................... 807
Библиографический список ................................................................ 812
Глава 27. Обобщение применяемых методов термической 
обработки аморфных сплавов разных классов. Их фирменные 
маркировки ............................................................................................816
27.1. Методы термической обработки ............................................... 816
27.2. Фирменные маркировки аморфных сплавов, 
производимых в промышленных масштабах ................................... 823
Библиографический список ................................................................ 829
Заключение ............................................................................................830

ЧАСТЬ III
Влияние релаксационных процессов 
на магнитные свойства 
аморфных сплавов

Глава 18
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОРОИДАЛЬНЫХ 
ОБРАЗЦОВ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ ИЗ ЛЕНТ 
АМОРФНЫХ СПЛАВОВ, НА ИХ МАГНИТНЫЕ 
СВОЙСТВА
_________________________________________________
18.1. Общие соображения
Для получения достоверных данных о магнитных свойствах материала 
необходимо выбрать правильный подход к приготовлению образца, 
с помощью которого предполагается измерить эти свойства.
Во-первых, при выборе типа образца необходимо исходить из необходимости 
сведения к минимуму влияние размагничивающего 
фактора на результаты измерения магнитных свойств. Образцы тороидального 
типа наилучшим образом решают проблему влияния размагничивающего 
фактора на измеряемые магнитные свойства.
Во-вторых, необходимо исключить искажение измеряемых магнитных 
свойств за счет внешних неконтролируемых магнитных полей (
полей смещения) – полей промышленного происхождения и 
поля Земли.
Магнитное поле Земли составляет примерно 0,5 Э, поэтому его 
влияние при измерении магнитных свойств магнитно-мягких матери-
алов может оказаться весьма сильным и существенно исказить их ис-
тинные свойства. В случае ленточных образцов тороидального типа 
интенсивность влияния внешних магнитных полей на результаты из-
мерений зависит от диаметра тороида и от числа витков ленты.
В-третьих, при использовании ленточных тороидальных образцов 
необходимо учитывать, что в результате изгиба ленты в ней возника-
ют напряжения, которые могут весьма радикально изменять уровень 
измеряемых свойств. И тем сильнее, чем выше эти напряжения (чем 
меньше радиус тороида). Таким образом, на ленточных тороидаль-
ных образцах измеряются не истинные магнитные свойства материа-
ла, а его свойства в состоянии изгиба.

Измерение 
маг-
нитных 
свойств 
магнитно-мягких 
материалов, в том 
числе и аморфных, 
принято проводить 
на ленточных или 
тороидального типа 
образцах (рис. 18.1) 
(Судзуки – Фудзимо-
ри, 1987). Преиму-
щество 
ленточных 
образцов состоит в 
том, что измеряемые 
магнитные свойства 
не искажаются на-
пряжениями, как это 
имеет место в слу-
чае ленточных то-
роидальных 
образ-
цов. К недостаткам 
применения 
таких 
образцов можно отнести два обстоятельства. В рассматриваемом слу-
чае, во-первых, необходимо компенсировать поле Земли и, во-вторых, 
нельзя полностью исключить негативное влияние размагничивающе-
го фактора на результаты измерений. Однако, поскольку длина лен-
точных образцов во много сотен раз больше корня квадратного из 
площади поперечного сечения ленты, в этом случае влиянием размаг-
ничивающего фактора, в первом приближении, можно пренебречь.
18.2. Роль размагничивающего фактора
Широкое применение тороидального типа образцов при измерении 
магнитных свойств магнитно-мягких материалов обусловлено тем, 
что получаемые на этих образцах свойства характеризуют свойства из-
учаемого материала, а не свойства образцов той или иной формы, из-
готовленных из этого материала (Лившиц, 1980; Столяров, 1977).
В самом деле, если рассматривать незамкнутую саму на себя маг-
нитную цепь, например, цилиндрический образец, то магнитные си-
ловые линии, обусловленные намагниченностью I («собственные» 
силовые магнитные линии), замыкаясь по воздуху, создают некое раз-
1
2
3
5
2
1
4
2
1
4
а
б
в
Рис. 18.1. Различные типы образцов, применяемых 
для измерения магнитных свойств ленточных аморф-
ных сплавов путем возбуждения в измерительной 
обмотке ЭДС: 
а – образец в виде одной или нескольких прямых 
лент; б – ленточный тороидальный образец; в – коль-
цевой тороидальный образец; 1 – аморфная лента; 
2 – измерительная обмотка; 3 – компенсирующая 
обмотка; 4 – намагничивающая обмотка; 5 – соленоид

магничивающее 
магнитное 
поле Н0, направленное против 
внешнего поля Н (рис. 18.2).
В результате действия раз-
магничивающего 
поля 
Н0 
кривая намагничивания ста-
новится более пологой, чем в 
случае тороидального образца 
(рис. 18.3). В частности, вид-
но, что в поле Н цилиндриче-
ский образец намагничивает-
ся только до намагниченности 
Iн, в то время как тороидаль-
ный образец может намагничивается почти до насыщения.
Размагничивающее поле Н0 в рамках модели фиктивных магнит-
ных зарядов можно интерпретировать как то поле, которое создается 
этими зарядами. В свою очередь, магнитные заряды возникают тогда, 
когда нормальная составляющая вектора I к поверхности образца не 
равна нулю*.
* На математическом языке это означает, что плотность фиктивных магнитных за-
рядов σ определяется следующим выражением: σ = div4πI. Если магнитный поток 
4πI замкнут внутри образца, то div4πI = 0, а следовательно, σ = 0 и Н0 = 0.
** В дальнейшем те рисунки, на которых приводятся результаты исследований, 
полученных при участии автора, а также рисунки, выполненные автором в целях 
обобщения или классификации тех или иных закономерностей или явлений, будут 
отмечаться специальным знаком*, как это сделано на данном рисунке. 
Рис. 18.2*. Схема, поясняющая размагни-
чивающее действие полюсов однородно 
намагниченного разомкнутого образца (а) 
и изменение характера размагничивающе-
го поля H0 при образовании двух доме-
нов с противоположным направлением 
намагниченности (б). Показан разворот 
намагниченности в 180-градусной границе 
домена блоховского типа (в)**
H0
H
H
Hi
H0
S
N
N N
N N
N N
N N
S S
S S
S S
S S
а
б
в
Рис. 18.3*. Кривые намагничи-
вания для тороидального (1) и 
цилиндрического типа (2) об-
разцов (схема)
H
Hi
H0
0
H
Iн
I
1
2
в

В случае тороидальных образцов, намагничиваемых циркулярным 
полем, т.е. магнитным полем, которое создается обмоткой, равномерно 
нанесенной по длине окружности тороида (см. рис. 18.1), магнитный 
поток замкнут внутри образца, а следовательно, нормальная состав-
ляющая вектора I к поверхности образца и соответственно размагни-
чивающее поле Н0 равны нулю. Другими словами, в этом случае вну-
треннее поле Нi равно внешнему полю Н, т.е. измеряются истинные 
магнитные свойства материала.
Размагничивающее поле Н0, равное Н0 = Н – Нi, пропорцио-
нально намагниченности I до значений I, примерно равных 0,8 Is 
(см. рис. 18.3), поэтому можно принять, что при I < 0,8Is выполня-
ется равенство
 
Н0 = NI,  
(18.1)
где N – числовая константа, зависящая только от формы разомкнуто-
го образца и определяемая как коэффициент размагничивающего 
фактора.
Коффициент N равен нулю для образцов тороидального типа, а для 
цилиндрических образцов его величина определяется отношением их 
длины l к поперечному размеру d (или к квадратному корню из пло-
щади поперечного сечения образца)*. Так, для цилиндрических образ-
цов имеем:
l/d
N
50
0,01425
30
0,03506
20
0,06771
10
0,19480
Для шарообразного тела коэффициент размагничивающего фак-
тора N = 4/3π, для бесконечно тонкого диска, намагниченного парал-
лельно плоскости, N = 0, а перпендикулярно плоскости N = 4π.
* Коэффициент N строго можно рассчитать только для однородно намагничива-
ющихся тел. Такими телами являются эллипсоиды вращения. Для тел другой формы 
коэффициент N изменяется от точки к точке, и поэтому используют некоторые усред-
ненные величины N, которые рассчитывают по приближенным формулам и значения 
которых приводятся в таблицах.

Если выбран коэффициент N для образца определенной формы, то 
в соответствии с выражением
 
Нi = Н – NI 
(18.2)
можно по кривой намагничивания, полученной на цилиндрическом 
(«разомкнутом») образце (см. кривую 2 на рис. 18.3), построить кри-
вую намагничивания, относящуюся к образцу тороидального типа 
(кривая 1), т.е. получить истинные значения магнитных свойств ма-
териала.
Ленточные тороидальные образцы приготавливают путем навивки 
ленты на цилиндрические каркасы (оправки) из термостойкого не-
ферромагнитного материала с КТР, не превышающим КТР изучаемо-
го материала. С этой точки зрения целесообразно использовать квар-
цевые каркасы.
Возвращаясь к рис. 18.1, отметим, что наиболее оптимальным ва-
риантом было бы использование при измерении магнитных свойств 
тороидальных образцов кольцевого типа (образец типа в), состоящих 
из плоских колец, вырезанных из достаточно широкой аморфной лен-
ты. В этом случае исключается не только влияние размагничиваю-
щего фактора на магнитные свойства, но и отсутствуют внешние на-
пряжения, искажающие магнитные свойства материала, как это имеет 
место при изготовлении ленточных тороидальных образцов. Однако 
применение таких кольцевых тороидальных образцов из аморфных 
сплавов весьма ограничено в связи с тем, что не всегда имеется в на-
личии достаточно широкая лента, а вырезка из нее кольцеобразных 
заготовок далеко не простая операция.
18.3. Влияние полей смещения на магнитные 
свойства тороидальных образцов
Выбрав для измерения магнитных свойств ленточных аморфных 
сплавов образец в виде тороида, необходимо выяснить, как поля сме-
щения влияют на его магнитные свойства и каким образом можно 
свести к минимуму их влияние. 
Для уменьшения влияния полей смещения на результаты измере-
ний, тороидальный образец следует ориентировать в пространстве 
так, чтобы внешнее поле было направлено вдоль цилиндрической оси 
тороида. Однако это не может полностью исключить влияние поля 

смещения на результаты измерений. В общем случае в намагничи-
вании образца будет участвовать суммарное поле НΣ, складывающе-
еся из циркулярного намагничивающего поля и поля смещения Нсм: 
НΣ = Н + Нсм.
Эффективным способом уменьшения негативного влияния по-
лей смещения является использование тороидальных образцов с до-
статочно большим количеством витков ленты q (или числом колец). 
Как видно из данных, приведенных на рис. 18.4, коэффициент пря-
моугольности петли гистерезиса Kп = Br/Bs изученных сплавов при 
q < 10 резко снижается с уменьшением числа витков, достигая мини-
мального значения, когда тороид состоит из одного витка. Эта законо-
мерность однозначно связана с влиянием полей смещения, в первую 
очередь, с влиянием поля Земли. По мере увеличения числа витков q 
это влияние уменьшается, а при q ≥ 10 сводится к минимуму – коэф-
фициент прямоугольности перестает зависеть от числа витков. Таким 
образом, для того чтобы исключить влияние смещающих полей на из-
меряемые магнитные свойства, тороидальные образцы с диаметром 
1,7 см должны содержать не менее 10 витков ленты аморфных спла-
вов, свойства которых приведены на рис. 18.4.
Следует отметить, что коэрцитивная сила Нс, как следует из 
рис. 18.4, не зависит от числа витков q тороидального образца, а сле-
0
5
10
15
20
0
20
40
0,15
0,2
0,25
0,2
0,4
0,6
1
0,8
0,2
0,4
1
2
3
Br/Bs
Hc, А/м
q
q
Рис. 18.4*. Влияние числа витков аморфной ленты q на прямоугольность 
петли магнитного гистерезиса Br/Bs аморфных сплавов 
Co57Fe5Ni10Si11B17 (1) и Co80Mo9Ni1Zr10 (2), а также на коэрцитивную 
силу Нc сплава Co57Fe5Ni10Si11B17 (3); диаметр тороида 1,7 см