MICROESTRUCTURA DE CINTAS Cu90Co10

SINTETIZADAS POR SOLIDIFICACIÓN ULTRA-RÁPIDA

A. M. Condó

1, G. Pozo López

2,3, H. Núñez Coavas

2, A. J. Tolley

1, L. M. Fabietti

2,3, S. E. Urreta

2

1 Centro Atómico Bariloche, Comisión Nacional de Energía Atómica – Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo

– CONICET. San Carlos de Bariloche. Argentina. 2 Facultad de Matemática Astronomía y Física. Universidad Nacional de Córdoba. Córdoba, Argentina. 3 Instituto de Física Enrique Gaviola, CONICET. Córdoba, Argentina.

adriana@cab.cnea.gov.ar

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-Kα, 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 µm,

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.

Figura 1: Diagramas de difracción de rayos X

correspondientes a las aleaciones enfriadas a

diferentes velocidades.

Figura 2: Reflexión 800 excitada cerca del eje de zona [001]

de la matriz. a) Se indica la reflexión 200 del CoO y b) la

reflexión 800 de los precipitados coherentes (P).

Figura 3: Micrografías TEM de campo claro de los precipitados (muestra V15).

a) Se observa una distribución espacial heterogénea de los precipitados, formando colonias.

b) Cúmulo de precipitados coherentes observados en condición de BFZA [001].

c) Precipitado de CoO (60 nm) y detalle de los precipitados de menor tamaño.

Figura 4: Distribuciones de tamaños de los precipitados coherentes. A mayores velocidades de templado, menores

tamaños de precipitados. La muestra V15 presenta una distribución bimodal.