简介概要

焦耳处理对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金丝巨磁阻抗效应影响的研究

来源期刊：稀有金属2003年第5期

论文作者：周少雄卢志超李德仁张俊峰刘辉

关键词：巨磁阻抗效应; 焦耳退火; 软磁性能;

摘要：研究了焦耳处理对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶丝巨磁阻抗(GMI)效应的影响. 结果表明, Fe73.5Cu1Nb13.5Si3B9非晶丝的GMI效应对处理工艺很敏感, 淬态样品在340 Mpa拉应力下, 经53 A·mm-2的直流电流处理后, 其阻抗相对变化率达到68%, 灵敏度达0.86%/A·m-1. 优异的软磁性能和环型各向异性是获得巨磁阻抗效应的关键因素.

稀有金属 2003,(05),641-642 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.05.034

焦耳处理对Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉合金丝巨磁阻抗效应影响的研究

李德仁卢志超周少雄张俊峰

钢铁研究总院国家非晶微晶合金工程技术中心,钢铁研究总院国家非晶微晶合金工程技术中心,钢铁研究总院国家非晶微晶合金工程技术中心,钢铁研究总院国家非晶微晶合金工程技术中心,钢铁研究总院国家非晶微晶合金工程技术中心北京100081 ,北京100081 ,北京100081 ,北京100081 ,北京100081

摘要：

研究了焦耳处理对Fe73.5Cu1 Nb3Si1 3.5B9非晶丝巨磁阻抗 (GMI) 效应的影响。结果表明 , Fe73.5Cu1 Nb1 3.5Si3B9非晶丝的GMI效应对处理工艺很敏感 , 淬态样品在 3 40MPa拉应力下 , 经 5 3A·mm- 2 的直流电流处理后 , 其阻抗相对变化率达到 68% , 灵敏度达 0 86% A·m- 1 。优异的软磁性能和环型各向异性是获得巨磁阻抗效应的关键因素。

关键词：

巨磁阻抗效应;焦耳退火;软磁性能;

中图分类号： TG139.8

收稿日期：2003-03-01

基金：国家 8 63高技术研究发展计划资助项目 ( 2 0 0 2AA3 0 2 60 1);

Influence of Joule Heating on Giant Magneto-Impedance Effect in Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉Wires

Abstract：

The GMI effect in Fe 73.5 Cu 1Nb 3Si 13.5 B 9 wires annealed by Joule heating with or without tensile stress were investigated. The GMI ratio of 68% and the sensitivity of 0 086%/A·m -1 are observed in samples annealed by Joule heating with current density of 53 A·mm -2 under 340 MPa tensile stress. This is ascribed to the induced transverse magnetic anisotropy and superior magnetic softness.

Keyword：

giant magneto impedance effect; Joule heating; soft magnetic properties;

Received： 2003-03-01

自1992年, 日本名古屋大学Mohri等 ^[1] 在CoFeSiB非晶丝中发现了巨磁阻抗 (GMI) 效应以来, 由于其同时具有灵敏度高、响应速度快、热稳定性好和尺寸小等特点, 在新型磁场传感器、磁编码器及磁记录头等技术中有广泛的应用前景, 因而, 巨磁阻抗效应引起了磁学工作者的广泛关注。目前, 有关Co基非晶合金丝 ^[2,3,4,5] 和薄带 ^[6,7] GMI效应的研究报道较多, 铁基纳米晶薄带 ^[8,9,10,11] 也有研究, 但有关铁基纳米晶合金丝GMI效应的研究和报道较少。本文研究了焦耳处理对Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉纳米晶合金丝材巨磁阻抗效应的影响。

1 实验方法

成分为Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉的非晶丝是采用内圆水纺法制备的。淬态样品经X射线鉴定为非晶态结构。样品直径为Φ105±5 μm。将长度为65 mm的淬态样品分别用不同电流密度的直流电流进行无应力焦耳处理25 s, 或施加拉应力下焦耳处理25 s。

GMI效应的测量采用四端法, 正弦交流电流由HP3312A函数发生器产生, 频率为4.5 MHz, 阻抗由YOKOGAWA DL1520示波仪通过测量与样品串联的标准电阻的电压和电流得到, 阻抗的相对变化率定义为: [Z (H) -Z (0) ]/Z (0) ×%, 其中Z (0) 是外磁场H_ex=0时的阻抗, Z (H) 是任意外磁场下的阻抗。磁场由直径为Φ0.1 m的亥姆霍兹线圈提供, 磁场范围在0～8000 A·m^-1, 测量时电流沿样品纵向通过, 并使电流方向平行于磁场方向。通过样品的电流大小为I_rms=15 mA, 所有测量均在室温下进行。

2 结果与讨论

淬态样品经不同电流密度焦耳处理后, GMI效应随电流密度的变化关系如图1所示, 淬态样品经低电流密度 (J<50 A·mm^-2) 处理后, 阻抗随外磁场单调下降;当淬态样品经J>50 A·mm^-2焦耳处理后, GMI曲线出现峰值, 磁阻抗随外加磁场的增大先增加后减小; 并且处理电流密度不同, 峰值高低也不一样。经J=53 A·mm^-2的电流处理后, 在H=411 A·m^-1处, 磁阻抗的最大变化率为+20%。

淬态样品在不同拉应力作用下进行焦耳处理 (J=53 A·mm^-2) 后, GMI曲线与应力的关系如图2所示, 施加大小不同的拉应力处理时, GMI效应也不同, 当外加拉应力为340 MPa时, 峰值最高, 此时H=796 A·m^-1、阻抗变化率达+68%, 灵敏度达0.086%/A·m^-1。

由实验结果可以得出结论: 经过应力焦耳处理后, GMI效应得到很大的改善。我们认为: 淬态样品在电流处理的过程中发生晶化, 析出纳米级α-Fe相。 α-Fe具有负的磁致伸缩系数 ^[10] , 样品在外部拉应力作用下, 产生横磁结构, 有利于增强环型各向异性。众所周知, 环型各向异性是产生GMI效应的关键因素之一。

图1 无应力焦耳处理后阻抗随外磁场的相对变化

Fig.1 GMI effects in wires annealed by Joule heating without stress

图2 应力焦耳处理后阻抗随外磁场的相对变化

Fig.2 GMI effects in wires annealed by Joule annealing with different stresses

3 结论

研究了焦耳处理对非晶丝GMI效应的影响, 得出淬态样品在340 MPa外应力作用下, 经53 A·mm²直流电流处理后, 磁阻抗的最大相对变化率达68%, 灵敏度达0.086%/A·m^-1。焦耳处理使样品发生纳米晶化, 处理过程中所加的纵向应力使感生环型各向异性增强。环型各向异性和晶化带来的优异软磁性能是产生巨磁阻抗效应的关键因素。