Evolution of Magnetic Order in Nanocrystalline Fe1 – xAlx Alloy

Abstract

Протягом останніх кількох десятиліть впорядковані інтерметаліди на основі алюмінідів перехідних металів, зокрема заліза, вивчалися на предмет їх потенційного застосування як високотемпературних конструкційних матеріалів. Завдяки своїм чудовим фізичним, хімічним і механічним властивостям, таким як низька густина, висока стійкість до корозії та окислення, а також висока міцність як при кімнатній, так і при підвищених температурах, інтерметаліди FeAl стають все більш привабливими для матеріалознавства. Магнітні характеристики сплавів Fe1–xAlx швидко змінюються зі зміною структурного складу і тому розглядаються як функція x. Техніка подрібнення в кульовому млині викликає утворення твердотільної реакції, якій сприяє сильна пластична деформація, завдяки чому розмір кристалітів зменшується, і в отриманій системі виникає незвичайна та цікава магнітна поведінка. Мессбауерівська спектроскопія 57Fe використовується для дослідження еволюції магнітного порядку у високоенергетичному твердому розчині Fe-Al, подрібненому в кульовому млині. Мессбауерівські спектри зразків демонструють існування як магнітних, так і парамагнітних компонентів, причому магнітна частина включає три субспектральні компоненти. У Мессбауерівських спектрах зразків, збагачених залізом, наявність секстетів і компоненти сильного поля у надтонкому розподілі поля (HFD) чітко вказує на високий магнітний момент, тоді як для складу x = 0.6, наявність секстетів вказує на утворення кластерів заліза/багатих залізом фаз, у той час як внесок парамагнітних фаз також чітко видно з HFD для цього складу.

Over the last few decades, ordered intermetallics based on aluminides of transition metals, particularly iron, have been studied for their potential application as high-temperature structural materials. As a result of their superior physical, chemical, and mechanical qualities, such as low density, strong corrosion and oxidation resistance, and high strength at both room and increased temperatures, FeAl intermetallics are becoming increasingly appealing for materials engineering. The magnetic characteristics of Fe1 – xAlx alloys rapidly change with changes in the structural composition and, therefore, are considered as a function of x. The ball milling operation causes the formation of a solid-state reaction assisted by severe plastic deformation owing to which the crystallite size is lowered, and an unusual and interesting magnetic behavior emerges in the resulting system. 57Fe Mössbauer spectroscopy is used to investigate the evolution of magnetic order in a highenergy ball-milled Fe-Al solid solution. The Mössbauer spectra of the samples demonstrate the existence of both magnetic and paramagnetic components with the magnetic part including three sub-spectral components. In the Mössbauer spectra of Fe-rich samples, the presence of sextets and the high field component in the hyperfine field distribution (HFD) clearly indicates the high magnetic moment, whereas for the composition x = 0.6, the presence of sextets indicates the formation of Fe clusters/Fe-rich phases, while the contribution of paramagnetic phases is also clearly visible from HFD for this composition.