Magnetization distribution in single-crystal of iron-silicon alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The magnetization distribution in a single-crystalline silicon iron following quenching at the paramagnetic state and after annealing in the ferromagnetic state has been determined by Mössbauer spectroscopy. The specimens containing 5, 6, and 8 at % of silicon had cubic ({100}<001>) and Goss ({011}<100>) orientations of crystallographic axes. An original method of calculating the relative fractions of magnetization oriented along the magnetic easy axes, including in the plane of a single-crystal specimen or at an angle to this plane, was proposed. The parameters obtained as a result of discrete approximation of the Mössbauer spectra were used. It is shown that following quenching at the paramagnetic state the magnetization is oriented approximately equidistantly along the three <100> axes, while after ferromagnetic annealing it redistributes along the <100> directions lying in the specimen plane.

Full Text

Restricted Access

About the authors

N. V. Ershov

Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nershov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

N. M. Kleinerman

Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

V. A. Lukshina

Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

A. V. Timofeeva

Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

References

  1. Лесник А.Г. Наведенная магнитная анизотропия Киев: Наукова думка, 1976. 163 с.
  2. Neél L. Anisotropie magnétique superficielle et surstructures d’orientation // J. Phys.-Paris. 1954. V. 15. № 4. 225–239.
  3. 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.
  4. Кекало И.Б., Самарин Б.А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами: Учебник для ВУЗов. М.: Металлургия, 1989. 496 с.
  5. Бозорт Р. Ферромагнетизм. М.: Иностранная литература, 1956. 784 с.
  6. Kubaschewski O. Phase Diagrams of Binary Fe-based Systems. Berlin: Springer–Verlag, Heidelberg, 1982. 185 p.
  7. Meinhardt D., Krisement O. Fernordnung in system eisen-silizium // Arch. Eisenhuttenwes. 1965. V. 36. № 4. P. 293‒297.
  8. Pepperhoff W., Ettwig H.-H. Über die spezifischen Warmen von Eisen-Silizium-Legierungen // Z. Angew. Phys. 1967. V. 22. № 6. P. 496–499.
  9. Papadimitriou G., Genin J.M. Mössbauer Effect Evidence of an Ordered Fe15Si Solid Solution and Hyperfine Field Interpretation of Ordered Fe-Si Alloys // Phys. Stat. Solid. A. 1972. V. 9. № 1. P. K19–K23.
  10. Haggstrom L., Grånäs L., Wäppling R., Devanarayanan S. Mössbauer Study of Ordering in FeSi Alloys // Phys. Scripta. 1973. V. 7. № 3. P. 125–131.
  11. Rixecker G., Schaaf P., Gonser U. On the interpretation of the Mössbauer spectra of ordered Fe–Si alloys // Phys. Stat. Solid. A. 1993. V. 139. № 2. P. 309–320.
  12. Ros T., Ruiz D., Houbaert Y., Vandenberghe R.E. Study of ordering phenomena in high silicon electrical steel (up to 12.5 at.%) by Mössbauer spectroscopy // J. Magn. Magn. Mater. 2002. V. 242–245. № 1. P. 208‒211.
  13. Hilfrich K., Kölker W., Petry W., Scharpf O., Nembach E. The states of order and the phase diagram of Fe1−xSix, 0.06 ≤ x ≤ 0.20, investigated by neutron scattering // Acta. Metall. Mater. 1994. V. 42. № 3. P. 743–748.
  14. Hilfrich K., Koelker W., Petry W., Scharpf O., Nembach E. Revision of the Fe‒Si-phase diagram: No B2‒phase for 7.6 at.% ≤ CSi ≤ 10.2 at.% // Scripta. Metall. Mater. 1990. V. 24. № 1. P. 39–44.
  15. Nembach E., Hilfrich K., Ebel Th., Scharpf O. Order in commercial grain‒oriented iron‒silicon sheets // Physica B. 1992. V. 180–181. № 1. P. 49–50.
  16. Hilfrich K., Scharpf O., Nembach E. The state of order of grain‒oriented iron‒silicon transformer sheets investigated by neutron scattering // J. Appl. Phys. 1993. V. 74. № 4. P. 2354–2358.
  17. Власова Е.Н., Молотилов Б.В. Влияние примесей внедрения на тонкую структуру железокремниевого твердого раствора / Прецизионные сплавы. М.: Металлургия, 1979. № 5. С. 71‒78.
  18. Neurath P.W. Magnetic Annealing and Directional Ordering // J. Appl. Phys. 1963. V. 34. № 4. P. 1315–1316.
  19. 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.
  20. Chernenkov Yu.P., Fedorov V.I., Lukshina V.A., Sokolov B.K., Ershov N.V. Short-range order in α‒Fe–Si single crystals // J. Magn. Magn. Mater. 2003. V. 254–255. P. 346–348.
  21. Черненков Ю.П., Федоров В.И., Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В. Рентгеновское диффузное рассеяние от монокристаллов α‒Fe и α‒Fe1-xSix // ФММ. 2005. Т. 100. № 3. С. 39–47.
  22. 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. № 1–2. P. 220–230.
  23. Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Федоров В.И. Рентгенодифракционные исследования особенностей атомной структуры сплава Fe‒Si в α-области фазовой диаграммы // ФТТ. 2009. Т. 51. № 3. С. 417– 422.
  24. 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.
  25. Ершов Н.В., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Пилюгин В.П., Сериков В.В. Особенности локальной атомной структуры сплава Fe‒Si в α‒области фазовой диаграммы // ФТТ. 2009. Т. 51. № 6. С. 1165–1171.
  26. Сериков В.В., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Ершов Н.В. Ближний порядок в сплавах Fe1-xSix (x=0.05–0.08) с наведенной магнитной анизотропией // ФТТ. 2010. Т. 52. № 2. С. 316–322.
  27. 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.
  28. Hubert A., Schäfer R. Magnetic Domains: The Analysis of Magnetic Microstructures. Berlin: Springer Heidelberg, 2014. 696 p.
  29. Русаков B.C. Мёссбауэровская спектроскопия локально неоднородных систем. Алматы: ОПНИ ИЯФ НЯЦ РК, 2000. 438 с.
  30. Старцева Е.В., Шулика В.В. Связь эффективности термомагнитной обработки и формы кривой температурной зависимости начальной проницаемости железокремнистых сплавов // ФММ. 1974. Т. 37. № 1. С. 98–106.
  31. Stearns M.B. Internal Magnetic Fields, Isomer Shifts, and Relative Abundances of the Various Fe Sites in FeSi Alloys // Phys. Rev. 1963. V. 129. № 3. P. 1136–1144.
  32. Stearns M.B. Spin‒Density Oscillations in Ferromagnetic Alloys. I. “Localized” Solute Atoms: Al, Si, Mn, V, and Cr in Fe // Phys. Rev. 1966. V. 147. № 2. P. 439–453.
  33. Вертхейм Г. Эффект Мёссбауэра. Принципы и применения. М.: Мир, 1966. 250 с.
  34. Шулика В.В., Старцева И.Е., Шур Я.С. Влияние дестабилизации доменной структуры, вызванной быстрым охлаждением на магнитные свойства кремнистого железа // ФММ. 1981. Т. 51. № 5. С. 1073–1076.
  35. Startseva I.E., Shulika V.V., Lukshina V.A. Effect of quenching destabilization on domain structure on magnetic properties of silicon iron // J. Magn. Magn. Mater. 1984. V. 41. № 1. P. 292–294.
  36. Старцева И.Е., Шур Я.С. Термомагнитная обработка монокристаллов кремнистого железа и ее влияние на доменную структуру // ФММ. 1967. Т. 23. № 5. С. 849–856.
  37. Старцева И.Е., Шулика В.В., Шур Я.С. Влияние индуцированной магнитной анизотропии на магнитные свойства и доменную структуру нетекстурованной трансформаторной стали // Изв. АН СССP. 1972. Т. 36. № 7. С. 1597–1601.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Mössbauer spectra and their decomposition into subspectra of quenched (1) and annealed (2) single-crystal samples of iron-silicon alloy containing 6 at.% silicon.

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Orientation of the plane of a thin single-crystal sample (shown as a gray plane) relative to the crystallographic axes <100> and the cubic unit cell (shown as a cube of wide black lines) in the case of CO samples – on the left and in the case of GO – on the right.

Download (47KB)
Indexing metadata