авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Физическое обоснование и реализация методов направленного воздействия на функциональные свойства магнитомягких аморфных и нанокристаллических материалов

-- [ Страница 3 ] --

Взаимодействие этих областей с матрицей создает дополнительную силу, удерживающую намагниченность последней в направлении поля при отжиге. Это приводит к сдвигу петли гистерезиса магнитомягкой матрицы в противоположном направлении.

Если образец в состоянии остаточной намагниченности, когда половина высококоэрцитивных выделений полем Нк перемагничена в противоположном направлении, нагреть кратковременно без поля до 400°С, то его петля гистерезиса принимает перетянутую форму, а перемагничивание происходит в более высоких полях. Это означает, что при нагреве до температуры, близкой к точке Кюри (Тс = 430°С), из-за снижения энергии обменного взаимодействия в матрице, намагниченность образца разбивается на доменную структуру, соответствующую высококоэрцитивным областям. Образовавшиеся междоменные границы стабилизируются по механизму локального направленного упорядочения, что и приводит к появлению перетянутой петли гистерезиса «перминварного» типа и затруднению процесса перемагничивания (рис. 3). После отжига в переменном магнитном поле сдвига петли гистерезиса не наблюдается, так как число областей, ориентированных вдоль линии направления переменного магнитного поля в противоположных направлениях, примерно одинаково. И наоборот, если отжечь исходный образец с содержанием бора 8% (c низкой температурой кристаллизации) без магнитного поля, например, при 300°С в течение 1 часа, петля гистерезиса сразу получается перетянутой, причем форма ее зависит от состояния остаточной намагниченности.

Рис. 3 Петли гистерезиса: (а) – исходное состояние, (b) – отжиг без поля, (с) – отжиг в постоянном поле, (d)–отжиг в Н~ (50 Гц), (e) – отжиг в высокочастотном поле, ( 80 кГц).

Выпадающие при отжиге мелкокристаллические образования фиксируют распределение остаточной намагниченности. Если доменных границ много, то предельная петля гистерезиса получается с малым коэффициентом прямоугольности. Частная петля гистерезиса имеет причудливую форму с большим набором скачков перемагничивания.

Были измерены полные и гистерезисные электромагнитные потери для всех пяти составов с содержанием по бору около 8,9,10,11, и

12 ат. % на частоте 80 кГц при амплитудном значении индукции Вм = 0.3 Тл в исходном состоянии (1) и после последовательных отжигов в вакууме при 300°С в продольном магнитном поле (2), поперечном поле (3), а также после закалки от 420°С (4). На некоторых образцах те же параметры были измерены после отжига при 300°С без магнитного поля. Концентрационная зависимость полных Pt и гистерезисных Ph потерь после этих обработок представлена на рис. 4. Отжиг в продольном магнитном поле также как и без поля увеличивает потери на перемагничивание для сплавов с содержанием бора ниже 10 ат. %, но уменьшает их для сплавов с большим содержанием бора. Отжиг в поперечном магнитном поле и закалка от 420°С приводят к уменьшению полных потерь для всех сплавов. Классические потери на вихревые токи показаны кривой 5.

Сравнение гистерезисных и полных потерь показывает, что первые составляют всего несколько процентов от полных потерь. Для сплавов с 8.2 и 9.1 ат. % B, в которых магнитный отжиг приводит к

заметной наведенной анизотропии, уровень потерь сильно различается для образцов, прошедших отжиг в продольном и поперечном магнитных полях. Гистерезисная компонента потерь изменяется слабо при отжиге в продольном магнитном поле, а полные потери возрастают почти в два раза. Это означает, что вихретоковая составляющая потерь увеличивается более чем вдвое. Последнее можно связать с увеличением ширины



 онцентрационная зависимость полных-3

Рис.4 Концентрационная зависимость полных Рт и и гистерезисных потерь Рh от изменения содержания бора после:

1 – исходное состояние; () – отжиг без поля при 300°С

2 – ТМО в продольном магнитном поле при 300°С;

3 – ТМО в поперечном магнитном поле при 300°С;

4 – закалка в воде от 420°С.

доменов [14]. Для расчетов применялась формула определения потерь:

P t = Ph + Pв = Pcycle ·f + Pв

где Pt,, Ph и Pв – полные, гистерезисные и вихревые потери на перемагничивание, соответственно, Bm – амплитудное значение синусоидальной индукции, Bs – индукция насыщения, d – толщина кристалла, D – ширина домена, - круговая частота, - удельное электросопротивление, с – скорость света, I1(x) – функция Бесселя линейного аргумента, = 4f (f - линейная частота), shnD/d – гиперболический синус, cth nD/d – гиперболический котангенс. Если DBm/dBs >>1, D/d >>1, то Pв /Pкл D/d. После отжига в поперечном магнитном поле полные потери уменьшаются, так как уменьшается вихретоковая компонента потерь из-за измельчения доменной структуры, возникающей при образовании поперечной магнитной текстуры. Отжиг без магнитного поля образца с 9.1 ат. % B приводит к заметному росту полных потерь и гистерезисной компоненты потерь (почти в 8 раз), хотя внутренние напряжения и напряжения при навивке ленты в тороид были сняты этим отжигом.

Самое большое снижение потерь имеет место после закалки от 420°С в воду. Для сплавов с содержанием В больше 10 ат.% значения потерь после закалки меньше потерь, показываемых кривыми 2 и 3, из-за более высокой температуры отжига. Для сплавов с меньшим содержанием бора устранение локальной индуцированной анизотропии и дестабилизация доменной структуры при закалке является существенным. Таким образом, исследование показывает, что для сплавов с Х < 10 магнитный отжиг оказывает существенное влияние на величину магнитных потерь. Отсутствие эффекта стабилизации междоменных границ в сплавах с повышенным содержанием бора должно привести к повышенной устойчивости их магнитных свойств к влиянию низкотемпературного отжига по сравнению со сплавами с более низким содержанием бора. На высоких частотах перемагничивания влияние этих обработок на величину потерь сказывается очень сильно (рис. 5). Наиболее сильный рост потерь наблюдается для термообработки 1, когда для медленно охлажденного образца без поля наблюдается полная стабилизация доменных границ наведенной магнитной анизотропией, для 2 случая переменное магнитное поле, выделяя ось перемагничивания из-за четности эффекта, дестабилизирует доменную структуру и потери значительно уменьшаются. Наиболее низкие (и практически одинаковые) магнитные потери получаются после закалки в воду от температуры 410°С в переменном магнитном поле или без поля.

Анализируя данные, полученные на образцах, закаленных в воду в присутствии переменного магнитного поля, можно утверждать следующее. Этот новый способ обработки образцов приводит к особому комплексу магнитных свойств: высокой прямоугольности петли гистерезиса (Вг/Вм = 0.94), низкой коэрцитивной силе (Нс = 0.3 А/м), высокой начальной (µ0=50 000) и максимальной (µmax=1200 000) магнитным проницаемостям, низким магнитным потерям.

Рис. 5 Зависимость магнитных потерь от индукции при частоте 20 кГц для образца аморфного сплава Fe5Сo71Si15B9 после: 1 – отжиг при 300°С с медленным охлаждением без поля; 2 – ТМО в Н~ с медленным охлаждением; 3 – закалка в воду от 410°С; 4 – закалка в воде в Н~.

Следует особо подчеркнуть, что такие низкие потери, равные потерям закаленного образца с округлой петлей гистерезиса, никогда ранее в образцах с прямоугольной петлей не наблюдались.

Были исследованы также магнитные шумы. Установлено, что термические и термомагнитные обработки, приводящие к существенному улучшению статических магнитных свойств, увеличивают на порядок уровень магнитного шума. Наибольшими шумами обладают именно образцы с наивысшими магнитными свойствами, что, по-видимому, связано с тем, что упомянутые обработки приводят к крупной и хорошо ориентированной доменной структуре.

Отжиги в поперечном магнитном поле или отжиги, инициирующие кри­сталлизацию, приводящие к измельчению доменной структуры, снижают уровень магнитного шума. Особенно эффективен отжиг, приводящий к началу кристаллизации, с помощью которого можно уменьшить шумы по сравнению с шумами в исходном состоянии. Однако, к сожалению, эти обработки снижают величину магнитной проницаемости. Самая оптимальная обработка термомагнитная обработка в высокочастотном магнитном поле (80 кГц). При сохранении высокой чувствительности удается достичь порога чувствительности менее 1 nT (такой порог удается достичь на образцах в форме полоски).

Была изучена зависимость структуры и магнитных свойств при кристаллизации. Изучение электрономикроскопических снимков, спектров ЯМР, зависимостей сигналов ЯМР от поля и магнитных свойств аморфных лент сплава Fe5Co70Si15B10 позволило проанализировать изменение их структуры при отжигах и объяснить за­висимость коэрцитивной силы от температуры отжига.

4. Магнитомягкие аморфные сплавы на основе железа

Аморфные сплавы на основе железа имеют потери во много раз более низкие, чем потери в анизотропной трансформаторной стали.

С учетом способности к аморфизации предпочтительными являются сплавы Fe–Si–B [15]. Но рекордных значений магнитных характеристик не удавалось получить, применяя шаблонно термические и термомагнитные обработки. В этих сплавах для достижения тех или иных магнитных свойств требуется учитывать наличие магнитострикционной и индуцированной анизотропий. Этот сплав, имея большую магнитострикцию ~ 30·10–6, проявлял более сложный механизм перемагничивания и требовал более всестороннего исследования зависимости его свойств от различных внешних воздействий.

В нашей работе большинство исследований было проведено на сплаве Fe81Si7B12. Этот сплав имеет индукцию насыщения Bs = 1.65 Тл, температуру Кюри – 388°С, температуру кристаллизации – 510°С.

Для образцов сплава Fe81Si7B12,предварительно отожженных в вакууме при 350°С в течение 3 ч для исключения влияния изменения внутренних напряжений в процессе ТМО на результаты эксперимента, было проведено комплексное исследование влияния термических, термомагнитных обработок в постоянных и переменных полях различной напряженности и частоты, упругих механических воздействий, начальной кристаллизации на магнитные свойства аморфных материалов данной системы.

На рис. 6 приведены статические петли гистерезиса после ТМО в переменных магнитных полях различной амплитуды. Из рисунка видно, петли становятся уже и остаточная индукция подрастает по мере увеличения напряженности магнитного поля при ТМО.

Рис. 6 Квазистатические петли гистерезиса, (половинки) на образце Fe81Si7B12, отожженном при 350°С без поля (1) и после ТМО в переменных магнитных полях с амплитудными напряженностями: 25 (2), 250 (3), 1500 (4) и 5000 А/м (5).

Такая же картина наблюдается при ТМО в постоянных магнитных полях. Но в отличие от действия ТМО в сплавах на основе кобальта, где такая обработка в постоянном магнитном поле приводила к образованию прямоугольной петли гистерезиса с большей коэрцитивной силой, в этих сплавах ТМО и в постоянных и переменных полях действуют в одном направлении, а именно, обе обработки приводят к снижению коэрцитивной силы. И на поведении магнитных потерь аналогичная картина (таб. 4).

Таб. 4

Обработка µо µmах Нс, А/м Вr, Тл P1.0/400,Вт/кг
Отжиг без поля 3 640 71 500 4 0.77 1.76
ТМО в Н~= 1500 А/м 5 790 +59% 300 000 +320% 1 –75% 0.72 –6% 1.28 –27%
ТМО в Н== 1500 А/м 4 740 +30% 120 000 +68% 3 –25% 0.90 +17% 1.64 –7%




В процентном отношении эффективность обработки в переменном поле выше. С ростом индукции, при которой измеряются потери (Вт/кг), эффективность ТМО увеличивается (таб. 5).

Полученные результаты можно объяснить, предположив, что в аморфных материалах на основе железа также существуют концентрационные неоднородности, обладающие магнитным моментом и большой константой магнитострикции.

Таб. 5

Обработка Р0.5/400 Р0.75/400 Р1.0/400
Отжиг без поля 1.00 1.91 3.44
ТМО в Н~= 1500 А/м 0.90 1.62 2.49
–10% –15% –28%

В структурном отношении это могут быть, например, области ближнего порядка, кластеры, предвыделения и на какой-то стадии отжига в зависимости от температуры микрокристаллические образования.

При ТМО как в постоянных, так и в переменных магнитных полях идет доворот намагниченности этих выделений к направлению действующего магнитного поля (идет конкуренция между индуцированной и магнитострикционной анизотропиями), происходит уменьшение дисперсии магнитной анизотропии. Полного устранения дисперсии не происходит, иначе бы повторилась ситуация с ТМО в сплавах на основе кобальта. Кроме стабилизации доменной структуры этими неоднородностями намагниченность самих сформировавшихся выделений ориентируется по полю во время термомагнитной обработки, еще более увеличивая остаточную индукцию и прямоугольность петли гистерезиса.

Была измерена зависимость удельных потерь от индукции при высоких частотах (20, 40 и 80 кГц) перемагничивания. Видно, что ТМО в переменном поле приводит к снижению электромагнитных потерь при всех частотах. ТМО в переменных магнитных полях эффективней за счет дестабилизации доменной структуры. После ТМО в переменном магнитном поле были определены полные, гистерезисные и вихретоковые потери.

Рис. 7 Зависимость полных удельных потерь от амплитудного значения индукции при частотах 20 кГц (1 и 1'), 40 кГц (2 и 2') и 80 кГц (3 и 3') Кривые 1, 2 и 3 получены на образце, отожжен- ном при 350°С без поля, кривые 1', 2' и 3'– после ТМО в Н~ с амплитудной напряженностью 1500 А/м.

В вихретоковой составляющей наибольшая доля приходится на вихретоковые потери, которые обычно связывают с особенностями доменной структуры. Именно на эту составляющую действует отжиг в магнитном поле. Вероятно, после ТМО доменная структура становится более однородной, а доменные границы смещаются более плавно. Однако такое объяснение подходит только для объяснения поведения потерь при не очень высоких частотах, когда велика роль смещений границ. При частотах выше 40 кГц, как было показано в работе [55], в некоторых аморфных материалах потери на вихревые токи равны классическим, и отжиг в магнитном поле их не изменяет. В исследованном нами сплаве даже при перемагничивании с частотой 80 кГц потери на вихревые токи в 3 раза выше классических, то есть существует вихретоковая составляющая, которая уменьшается под влиянием ТМО. При исследовании зависимости магнитных параметров после ТМО с различными скоростями охлаждения в магнитном поле анализ результатов показывает, что ТМО с медленным охлаждением в печи (скорость охлаждения 150—200 град/ч) приводит к максимальному улучшению статических магнитных свойств (таб. 6). При увеличении скорости охлаждения в магнитном поле до 50–100 град/мин (охлаждение на воздухе без печи) влияние на статические магнитные свойства снижается. Магнитные потери P1.0/400(Вт/кг) снижаются сильнее всего после ТМО

Таб. 6

Обработка Свойства
µо µmax P1,0/400 Нс, А/м Вr,Тл НmА/м
Отжиг без поля 1 750 62 000 3.19 7.2 0.8 40
ТМО с охл. в печи 5 200 127 000 1.53 3.2 0.95 10
ТМО охл. без печи 4 725 93 000 2.19 5.6 0.9 16
Закалка в поле 800 40 000 3.40 10.4 0.8 58


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.