Microestructura de cintas Cu90Co10 sintetizadas por solidificación ultra-rápida

A.M. CONDÓ; G. POZO LÓPEZ; H. NÚÑEZ COAVAS; A.J. TOLLEY; L.M. FABIETTI; S.E. URRETA

Mendoza

Congreso; 3er. Congreso Argentino de Microscopía (SAMIC 2014); 2014

Asociación Argentina de Microscopía (SAMIC)

Para lograr efectos de magneto-resistencia gigante en las aleaciones Cu90Co10 es necesario enfriarlas ultra rápidamente primero, y luego tratarlas térmicamente a temperaturas vecinas a los 500 K [1]. Se han logrado valores de magneto-resistencia comparables directamente a partir de la solidificación, sin tratamiento posterior, aplicando la técnica de twin roller melt spinning (un fino chorro de material solidifica en contacto con dos cilindros de cobre rotantes, refrigerados por agua); en este caso se observa además un efecto tipo Kondo a bajas temperaturas [2]. Ambos fenómenos se originan en mecanismos de dispersión de electrones dependientes de su spin; para el efecto de magneto-resistencia se ha propuesto que los agentes dispersantes serían precipitados coherentes ricos en Co (superparamagnéticos) y más recientemente, que estos agentes serían microestructuras tipo multicapa originadas por una descomposición espinodal [1], que da lugar a una segregación laminar de soluto (Co). Resulta entonces importante determinar en primer término, qué microestructura se obtiene por twin roller melt spinning, en particular lo relativo a la dispersión y a la distribución de tamaños de los precipitados ricos en Co, y a la segregación laminar asociada a la descomposición espinodal. Luego resulta interesante correlacionar estos parámetros estructurales con la magnitud de la magneto-resistencia medida y las características del efecto Kondo a bajas temperaturas. En este trabajo se producen cintas de aleaciones Cu90Co10 por el método solidificación ultra-rápida twin roller melt spinning aplicando velocidades tangenciales de rodillo de 10, 15, 20 y 30 m/s (denominadas muestras V10, V15, V20 y V30, respectivamente). La microestructura de las cintas se analizó por difracción de rayos X (DRX), en un difractómetro Philips PW 3020 empleando radiación Cu-Kalpha, y microscopía electrónica de transmisión (TEM), en un microscopio Philips CM200UT, operando a 200 kV, con accesorio para análisis EDS. Las muestras para TEM se prepararon por electropulido por doble jet, usando un electrolito de 500 ml de agua destilada, 250 ml de etanol, 250 ml de ácido ortofosfórico, 50 ml de alcohol propílico y 5 g de urea, a 276 K. En concordancia con resultados publicados previamente [2], los diagramas de difracción de rayos X (Fig. 1) indican que la fase mayoritaria es una solución sólida Cu(Co) fcc para todas las velocidades estudiadas. Se observa adicionalmente una segunda fase minoritaria rica en Co (cuyas líneas de difracción se designan con la letra P) junto con un óxido de cobalto, CoO (indicado con flechas) y una fase o fases aún no identificadas denotadas con el símbolo ?. Al observar las muestras por TEM, se encuentran granos con tamaños que oscilan entre 1 y 5 um, cuya difracción de electrones se relaciona con la solución sólida fcc de Co en Cu (Fig. 2). Dentro de los mismos se dispersa una alta densidad de precipitados fcc ricos en Co y una densidad bastante menor de precipitados de CoO de mayor tamaño (Fig. 3). Los precipitados ricos en Co son coherentes con la matriz y muestran el contraste clásico en forma de anillo, bajo condición de bright field zone axis (BFZA), originado en tensiones de desajuste (misfit) [3]. Están distribuidos de manera no uniforme, formando colonias, característica que no ha sido reportada anteriormente en este tipo de aleaciones rápidamente solidificadas. Las distribuciones de tamaños de precipitados (obtenidas midiendo el diámetro de los anillos bajo condición BFZA) y sus correspondientes ajustes con funciones log-normal, se resumen en la Fig. 4. El tamaño promedio de los precipitados coherentes disminuye aproximadamente de 11 nm a 4 nm al aumentar la velocidad de enfriamiento, de 10 m/s a 30 m/s. No se observan los contrastes de tipo laminar reportados por Miranda y colaboradores [1] como asociados a una descomposición espinodal. [1] M. G. M. Miranda, E. Estevez-Rams, G. Martínez, M. N. Baibich. Phase separation in Cu90Co10 high magnetoresistance materials, Phys. Rev. B 68 (2003) 014434. [2] L. M. Fabietti, J. Ferreyra, M. Villafuerte, S. E. Urreta, S. P. Heluani. Kondo-like effect in magnetoresistive CuCo alloys, Phys. Rev. B. 82 (2010)172410. [3] R. Hattenhaner, F. Haider. Improved imaging of small coherent precipitates by bright field/zone axis incidence TEM, Scr. Metall. Mater. 25 (1991) 1173.