Effect of Field Annealing on Magnetic Properties of Magnetic Soft Iron–Germanium Alloys

V. A. Lukshina; Лукшина В. А.; A. V. Timofeeva; Тимофеева А. В.; D. A. Shishkin; Шишкин Д. А.; Yu. N. Gornostyrev; Горностырев Ю. Н.; N. V. Ershov; Ершов Н. В.

doi:10.31857/S0015323023601101

Effect of Field Annealing on Magnetic Properties of Magnetic Soft Iron–Germanium Alloys

Authors: Lukshina V.A.¹, Timofeeva A.V.¹, Shishkin D.A.¹^,2, Gornostyrev Y.N.¹, Ershov N.V.¹
Affiliations:
1. Miheev Institute of Metal Physic, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
2. Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin
Issue: Vol 124, No 12 (2023)
Pages: 1196-1204
Section: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА
URL: https://rjmseer.com/0015-3230/article/view/663035
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023601101
EDN: https://elibrary.ru/CLFXCQ
ID: 663035

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

Abstract—

The concentration dependence of the magnetic properties of iron–germanium alloys before and after thermomagnetic treatment, which represents an annealing of alloy samples in the ferromagnetic state in a permanent or alternating magnetic field (magnetic field annealing – MFA), has been investigated. It is shown that before MFA, with an increase in the germanium content in the range of 3–30 at % Ge, the coercive force increases and the residual induction decreases. As a result of thermomagnetic treatment, in the alloy samples magnetic anisotropy is induced: the magnetic hysteresis loops become narrower, the residual induction increases, and the coercive force decreases. Thermomagnetic treatment is effective for Fe–Ge alloys with a germanium content from 6 to 18 at %, and its highest efficiency is observed at 12 at % Ge. Features of the structural state of iron–germanium alloys and their role in the formation of magnetic properties during annealing in a magnetic field are discussed.

Keywords

soft magnetic Fe–Ge alloy, magnetic field annealing, magnetic properties, induced magnetic anisotropy

References

Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974. 240 с.
Зайкова В.А. Старцева И.Е., Филиппов Б.Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. М.: Наука, 1992. 272 с.
Freitas A.S., de Albuquerque D.F., Fittipaldi I.P., Moreno N.O. Magnetic properties of Fe–Al for quenched diluted spin-1 Ising model // JMMM. 2014. V. 362. P. 226.
Wu D., Xing Q., McCallum R.W., Lograsso T.A. Magnetostriction of iron-germanium single crystals // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 07B307.
Clark A.E., Hathaway K.B., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A., Keppens V.M., Petculescu G., Taylor R.A. Extraordinary Magnetoelasticity and Lattice Softening in bcc Fe–Ga Alloys // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. P. 8621–8623.
Massalaski T.B. Binary Alloy Phase Diagrams / 2nd ed. ASM International, Materials Park, OH. 1990. 3589 p.
Ikeda O., Kainuma R., Ohnuma I., Fukamichi K., Ishida K. Phase equilibria and stability of ordered b.c.c. phases in the Fe-rich portion of the Fe–Ga system // J. Alloys Compd. 2002. V. 347. P. 198–205.
Okamoto H. Desk Handbook: Phase Diagrams for Binary Alloys / 2nd ed. ASM International, Materials Park, OH. 1993. 855 p.
Turtelli R.S., Nunes C.B., Teixeira L.C., Grӧs-singer R., Suzuki P.A., Barbatti C. Magnetostriction of polycrystalline Fe–Ge alloys // J. Alloy. Compd. 2009. V. 471. P. 52–55.
Cao J.X., Zhang Y.N., Ouyang W.J., Wu R.Q. Large magnetostriction of Fe1−xGex and its electronic origin: Density functional study // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 10. P. 104414.
Лесник А.Г. Наведенная магнитная анизотропия. Киев: Наукова думка, 1976. 163 с.
Кекало И.Б., Самарин Б.А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами / Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1989. 496 с.
Sugihara M. On the effect of heat treatment in a magnetic field on magnetic properties of iron–aluminium alloys // J. Phys. Soc. Jpn. 1969. V. 15. P. 1456–1460.
Steinert J. Induced Uniaxial Magnetic Anisotropy of Fe-Al Alloys at Low Concentrations // Phys. Stat. Sol. 1967. V. 21. K13–K15.
Forsch K. Diffusionsanisotropie in Eisen–Siliziuin–Legierungen // Phys. Stat. Sol. 1970. V. 42. P. 329‒344.
Лукшина В.А., Шишкин Д.А., Кузнецов А.Р., Ершов H.В., Горностырев Ю.Н. Влияние отжига в постоянном магнитном поле на магнитные свойства сплавов железо–галлий // ФТТ. 2020. Т. 62. № 10. С. 1578–1586.
Neél L. Anisotropie magnétique superficielle et surstructures d’orientation // J. Phys.-Paris 1954. V. 15. P. 225–239.
Taniguchi S., Yamamoto M. A note on a theory of the uniaxial ferromagnetic anisotropy induced by cold work or by magnetic annealing in cubic solid solutions // Sci. rep. Res. Tohoku A. 1954. V. 6. P. 330–332.
Chernenkov Yu.P., Ershov N.V., Lukshina V.A., Fedorov V.I., Sokolov B.K. An X-ray diffraction study of the short-range ordering in the soft‒magnetic Fe–Si alloys with induced magnetic anisotropy // Physica B. 2007. V. 396. P. 220–230.
Горбатов О.И., Кузнецов А.Р., Горностырев Ю.Н., Рубан А.В., Ершов Н.В., Лукшина В.А., Черненков Ю.П., Федоров В.И. Роль магнетизма в формировании ближнего порядка в сплавах железо‒кремний // ЖЭТФ. 2011. Т. 139. № 5. С. 969–982.
Черненков Ю.П., Федоров В.И., Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В. Ближний порядок в монокристаллах α-Fe–Si // ФММ. 2001. Т. 92. № 2. С. 95–100.
Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Федоров В.И. Структура сплавов α-FeSi с 8 и 10 ат. % кремния // ФТТ. 2012. Т. 54. № 9. С. 1813–1819.
Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Смирнов О.П. Ближний порядок в магнитомягком сплаве α-FeAl // ФТТ. 2018. Т 60. № 9. С. 1619–1631.
Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Лукшина В.А. Обнаружение новой фазы типа B1 в монокристаллах магнитомягких сплавов Fe–Al и Fe–Ga // ФТТ. 2019. Т. 61. № 11. С. 2000–2008.
Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Лукшина В.А. Влияние отжига в ферромагнитном состоянии на структуру сплава железа с 18 aт. % галлия // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 12–21.
Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н., Лукшина В.А., Смирнов О.П., Шишкин Д.А. Рентгеноструктурный анализ ближнего порядка в твердых растворах железо–галлий // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1054–1062.
Бозорт Р. Ферромагнетизм. М.: ИЛ, 1956. 784 с.
Kanematsu K., Ohoyama T. Magnetic and X-Ray Studies of Iron-Germanium System II. Phase Diagram and Magnetism of Each Phase // J. Phys. Soc. Jpn. V. 20. P. 236–242.
Khmelevska T., Khmelevskyi S., Ruban A.V., Mohn P. Magnetism and origin of non-monotonous concentration dependence of the bulk modulus in Fe-rich alloys with Si, Ge and Sn: a first-principles study // J. Phys.: Condens. Matter. 2006. V. 18. P. 6677–6689.