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 | 3 || 5 | 6 |

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

-- [ Страница 4 ] --

с медленным охлаждением, а после закалки в воду в магнитном поле возрастают. Наблюдается разная зависимость изменения магнитных потерь (Вт/кг) от скорости охлаждения в магнитном поле при низкой частоте перемагничивания (400 Гц) и высоких частотах перемагничивания (20–80 кГц). А именно: наибольшее снижение магнитных потерь при высоких частотах перемагничивания происходит при скоростях охлаждения в магнитном поле 50–100 град/мин, а магнитные потери при 400 Гц сильнее снижаются при более низкой скорости охлаждения 150–200 град/ч. Варьирование наведенной магнитной анизотропии существенно сказывается на уровне магнитных свойств этих сплавов. В таб.7 приведены магнитные свойства образцов сплава Fe81Si7B12 после термической и термомагнитных обработок без поля, в постоянном поле и в переменных магнитных полях частотой 50 Гц и 80 кГц. Видно, что в случае сплавов на основе железа самая удачная термомагнитная обработка – в высокочастотном магнитном поле.

Таб. 7

Термообработка µо Bг/Bm Р1.0/400 Р0.2/10000 P 0.7/10000
Отжиг без поля 2 400 0.65 2.0 7.7 74
В перемен. поле (80 кГц) 10 800 0.57 0.5 2.2 31
В перемен. (50 Гц) 5 500 0.77 1.2 5.5 57
В постоян. поле 3 500 0.82 1.6 6.4 64

Было рассмотрено влияние упругих напряжений на магнитные свойства (рис.8). При наложении растягивающих напряжений определенной величины при намотке тороидальных сердечников происходит значительное снижение магнитных потерь. Самые большие потери наблюдаются на исходном образце без нагрузки. Потери уменьшаются при приложении к образцу растягивающих напряжений = 90 МПа. При наличии в образце внутренних закалочных напряжений имеется самая значительная локальная разориентировка магнитных областей из-за большой магнитострикции образца. Приложение нагрузки улучшает магнитную текстуру образца вдоль линии растяжения. Потери уменьшаются. Отжиг в продольном магнитном поле при 350°С, снимая внутренние закалочные напряжения и еще более улучшая магнитную текстуру благодаря наведенной магнитной анизотропии, приводит к дальнейшему снижению магнитных потерь. Аморфные ленты данного сплава в исходном состоянии обладают низкой коэрцитивной силой порядка 0.011 Э, которая после отжига в продольном магнитном поле снижается до 0.006 Э. Из-за большой константы магнитострикции при намотке из этой ленты тороида диаметром 18 мм коэрцитивная сила увеличивается в пять раз. Было показано влияние упругих растягивающих напряжений на форму петли гистерезиса. Как и при отжиге в продольном магнитном поле происходит рост остаточной намагниченности до 90-95% и

Рис. 8 Зависимость электромагнитных потерь от амплитуды индукции в исходной ленте сплава Fe81Si7B12 (1) и после отжига 350°С в переменном магнитном поле 140 Э (2). То же, но при растяжении 9 кг/мм2 (кривые 1' и 2' соответственно). Толщина ленты d = 28 мкм; f = 400 Гц.


коэрцитивной силы более чем в 7 раз в интервале нагрузок до 1000 Мпа. Еще более необычная ситуация с поведением магнитных свойств аморфных лент на основе железа получается при наложении изгибных напряжений на уже отожженную ленту. Лента, свернутая в кольцо диаметром 20 мм и затем отожженная при температуре 350°С в течение одного часа, разворачивается в прямую полоску, концы закрепляются, чтобы она вновь не свернулась в кольцо и снимается петля гистерезиса (рис. 9). На рисунке для наглядности приведены исходная предельная петля гистерезиса (кривая 1), предельная петля после отжига (кривая 2), частная петля гистерезиса после отжига (петля 3), а петля 4 – это частная петля гистерезиса после выпрямления ленты, отожженной в кольцевой форме. Самое примечательное в этом рисунке то, что частная петля гистерезиса (4) является прямоугольной, несмотря на то, что размагничивающий фактор должен сделать петлю наклонной, см. петлю 3. При такой маленькой коэрцитивной силе (меньше 0.1 Э) лента будет перемагничиваться одним скачком. Можно, например, сделать электромагнитный счетчик числа оборотов какого-либо устройства в земном поле. Второй способ (рис. 10) – исходную ленту в форме полоски отжигаем при температуре 350°С в течение одного часа, затем сворачиваем

Рис. 9 Трансформация предельной и частной петель гистерезиса при наложении изгибных напряжений (была отожжена в форме кольца, а затем выпрямлена).

ее в кольцо в форме тороида и снимаем петлю гистерезиса. Диаметр кольца 25 мм. В ленте, свободной от закалочных напряжений, появились изгибные напряжения. Эти напряжения разительно сказались на магнитных свойствах этой ленты.

Рис. 10 Зависимость формы петли гистерезиса от величины намагничивающего поля.

Частные петли гистерезиса имеют также прямоугольную форму. При этом нами обнаружен новый эффект, заключающийся в том, что коэрцитивная сила зависит от намагничивающего поля, т.е., чем больше поле, тем больше коэрцитивная сила Нс. Величина Нс увеличивается в пределе в шесть раз по сравнению с самой узкой петлей гистерезиса, когда лента начинает перемагничиваться. Такая зависимость петель гистерезиса от величины перемагничивающего поля наблюдалась при исследовании процесса перемагничивания тонких пленок MnBi [16]. В нашем случае эффект возникает при наличии изгибных напряжений, в то время как в [16] таких напряжений нет. Скачкообразный характер перемагничивания в отрицательных полях говорит о том, что в этом случае гистерезис связан с задержкой роста или образования зародышей перемагничивания (см., например, теоретическую работу [17]). Зависимость коэрцитивной силы от амплитуды перемагничивающего поля свидетельствует о том, что при увеличении амплитуды поля происходит аннигиляция некоторых зародышей перемагничивания с меньшими полями зарождения и перемагничивание начинается с зародышей с большими полями зарождения или их роста.

Рис. 11 Зависимость магнитных потерь от амплитуды индукции на частоте 400 Гц в ленте аморфного сплава Fe81S4B13C2 после различных обработок: 1 – термическая обработка; 2 – нанесение покрытия; 3ТМО; 4 – нанесение покрытия и ТМО.

Нами был разработан комплекс эффективных воздействий, формирующих одноосную магнитную анизотропию в ферромагнетиках путем нанесения ионоплазменным методом магнитоактивного электроизоляционного покрытия (ЭИП) и термомагнитной обработки, а также изучение влияния этого комплекса на статические и динамические свойства образцов аморфных сплавов Fe81Si4B13C2, Fe81Si7B12. После нанесения ЭИП ленту ферромагнитного сплава подвергали термообработке на снятие внутренних напряжений при различных температурах и выдержках или отжиг совмещали с последующей термомагнитной обработкой в переменном магнитном поле. На рис. 11 представлена зависимость магнитных потерь от амплитуды индукции при частоте перемагничивания 400 Гц аморфного сплава Fe81Si4B13C2 после указанных выше обработок. Видно, что имеет место значительное снижение магнитных потерь в результате формирования на поверхности образца магнитоактивного ЭИП из нитрида титана. На рис. 12 приведены динамические петли гистерезиса после комплексной ТМО обработки с использованием высокочастотного магнитного поля (80 кГц), приведшей к значительному снижению магнитных потерь (площадь динамической петли гистерезиса уменьшается в три раза.

Рис. 12 Динамические петли гистерезиса лент аморфного сплава Fe81Si4B13C2, измеренные на частоте 20 кГц после нанесения покрытия (1) и последующей ТМО в переменном магнитном поле f = 80 кГц (2).

С целью выяснения того, что происходит на ранних стадиях кристаллизации аморфной ленты Fe78Si12В10 и каким образом это сказывается на магнитных свойствах были проведены дополнительные исследования, а именно, была проведена изотермическая кристаллизация аморфной ленты сплава Fe78Si12В10. Было установлено, что в аморфной ленте образуется ОЦК Fe-В-Si фаза с параметром решетки а = 0.2856 нм, имеющая одинаковый с исходной аморфной матрицей характер химического окружения. Эта фаза представляет собой, по-видимому, раствор замещения по отношению к атомам кремния и внедрения по отношению к атомам бора. Образование кристаллической ОЦК Fe-В-Si фазы явилось причиной переориентации магнитных моментов в ленте после изотермических отжигов. Переориентацию магнитных моментов в ленте можно сознательно осуществить отжигом в поперечном магнитном поле [18]. После отжига в перпендикулярном постоянном магнитном поле получаются наклонные петли гистерезиса с постоянной магнитной проницаемостью в некотором интервале магнитных полей. Этот интервал для исследованных нами сплавов, в которых наблюдается постоянство магнитной проницаемости, не превышает 10 Э. Были проведены изотермические отжиги ряда сплавов на основе железа. Для каждого сплава подбирался оптимальный режим обработок (температура и продолжительность отжига на начало кристаллизации и температура термомагнитной обработки в поперечном магнитном поле (ТМОН)), обеспечивающий сочетание линейности петли гистерезиса до максимально возможного значения магнитного поля с минимальным значением величины коэрцитивной силы и остаточной индукции. Самые удовлетворительные результаты проявил сплав Fe78Ni1Si9B12. Для сравнения приводим наклонные петли гистерезиса, полученные двумя способами: отжигом в поперечном магнитном поле и отжигом на начало кристаллизации (рис. 13).

Рис.13 Кривые намагничи-вания аморфного сплава Fe78Ni1Si9B12: а – после ТМО при 410°С в течение 1 часа в поперечном поле 2.5105А/м; б – после отжига на начало кристаллизации по оптималь-ному режиму (450°С, 1 час).

В плоскости ленты величина константы индуцированной магнитной анизотропии (Кu) в результате отжига на начало кристаллизации в несколько раз ( 10) превосходит Кu, наведенную термомагнитной обработкой в поперечном постоянном магнитном поле. Величину поля на этом сплаве, до которого сохраняется линейность петли гистерезиса, можно довести этой термообработкой до 4800 А/м.

Для выяснения вопроса о природе индуцированной магнитной анизотропии в рассматриваемых аморфных сплавах на основе Fe, отожженных на начало кристаллизации по оптимальным режимам, были сняты петли гистерезиса при нагреве образцов до 380°С и охлаждении до комнатной температуры (рис. 14).

Из рис. 14 видно, что для аморфного сплава Fe78Ni1Si9B12, отожженного на начало кристаллизации по оптимальному режиму, при

Рис. 14 Аморфный сплав Fe78Ni1Si9B12, отожженный на начало кристаллизации по оптимальному режиму. Петли гистерезиса при различных температурах при нагреве от 20 до 380оС и после охлаждения при комнатной температуре.




нагреве петля гистерезиса становится более крутой, то есть величина константы поперечной индуцированной магнитной анизотропии уменьшается. После охлаждения до комнатной температуры петля вновь становится наклонной (практически не отличаясь от исходной). Если индуцированная магнитная анизотропия обусловлена разностью температурных коэффициентов расширения (ТКР) кристаллической поверхности (большой ТКР) и аморфного объема, то так и должно быть.

Была оценена температурно–временная стабильность обоих методов получения наклонных петель гистерезиса. Оценки показали, что изменение проницаемости на 5% произойдет через 20 лет для образцов после отжига на начало кристаллизации в результате эксплуатации при температуре не выше 210°С, а отожженных в поперечном магнитном поле – при температуре эксплуатации не выше 100°С. То есть температурно–временная стабильность проницаемости сплава с анизотропией за счет начальной кристаллизации выше, чем для сплава с анизотропией, наведенной отжигом в Н.

5. Безметаллоидные аморфные сплавы. Система СoMoZr

Ранее было показано, что безметаллоидный аморфный сплав состава Co81Mo10Zr9 обладает близкой к нулю магнитострикцией и высокими магнитными свойствами [19]. Однако исследований влияния термомагнитных обработок на статические и динамические магнитные свойства этого сплава с целью их оптимизации не проводилось. Нами были определены некоторые физические свойства, параметры квазистатических петель гистерезиса и магнитные потери при частотах от 20 до 80 кГц аморфного сплава указанного состава после различных термических обработок. Известно, что безметаллоидные аморфные сплавы менее склонны к охрупчиванию при термообработках, чем сплавы с металлоидами. Для определения температуры охрупчивания безметаллоидного аморфного сплава состава Co81Mo10Zr9 были проведены 30–минутные отжиги в вакууме при температурах от 250 до 475°C. Для сравнения тоже самое было проведено для аморфных лент сплавов на основе кобальта. Результаты приведены на рис.15. Видно, что температура охрупчивания для Fе5Со70Si15 B10 –310°C, для сплава с пониженным содержанием металлоидов – 410°C, а для безметаллоидного сплава Co81.5Mo9.5Zr9 – 470°C. В исходном состоянии тороидальный образец имеет коэрцитивную силу Нс = 5 А/м. Отжиг в продольном магнитном поле при 350°С снижает величину коэрцитивной силы в два раза. Термообработки при более высоких температурах еще сильнее снижают значение Нс, однако при этом появляется сдвиг петли гистерезиса по оси полей Н. Так, после отжига образца в продольном магнитном поле 800 А/м при 450°С 15 мин его коэрцитивная сила Нс = 0,5 А/м, а сдвиг петли гистерезиса Н = 2,5 А/м, то есть вся петля смещена за ось индукции.

Рис.15 Зависимость параметра пластичности = t/(D – t) от температуры предварительного отжига (30 мин) для трех различных аморфных сплавов на основе кобальта: 1 – Fе5Со70Si15 B10, 2 – Fе5Со75Si4B16, 3 – Co81.5Mo9.5Zr9.

С целью изучения возможностей снижения магнитных потерь безметаллоидного аморфного сплава были проведены отжиги при разных температурах без магнитного поля, в продольном или поперечном магнитных полях, а также закалка в воду от температуры выше точки Кюри. Измерения полных магнитных потерь при частотах 20 и 80 кГц и индукциях от 0.05 до 0.6 Тл показали (рис. 16), что отжиг без поля при 350°С, снимающий внутренние напряжения и не приводящий еще к охрупчиванию материала, значительно увеличивает потери из-за стабилизации доменной структуры (от 60 Вт/кг в исходном состоянии до 150 Вт/кг после отжига для потерь, измеренных при частоте 20 кГц и индукции 0.4 Тл). Отжиги в поперечном, а особенно в продольном магнитных полях, при 450°С в течение 15 мин существенно снижают потери (до 50 и 28 Вт/кг, соответственно). Закалка в воду от 465°С дает наименьшее значение потерь (18 Вт/кг).

Рис.16 Магнитные потери сплава после следующих термообработок: 1 – исходное состояние, 2 – 350°С в Н = 0, 3 – 450°С в Н, 4 – 450°С в Н, 5 – 465°С, закалка.

6. Нанокристаллические магнитомягкие материалы

В связи с уникальным сочетанием физических свойств нанокристаллических сплавов очень актуальным как в научном, так и в практическом отношении становится вопрос выяснения физической природы влияния тех внешних воздействий, результатом которых является получение материалов с оптимальными магнитными свойствами. Нами была показана возможность получения нанокристаллического состояния в аморфном сплаве Fe73,5Cu1Nb3Si13,5В9 быстрой кристаллизацией (за несколько секунд) при повышенных температурах 580–670°С. В исходном состоянии он является аморфным, а при кристаллизации становится нанокристаллическим магнитомягким материалом с высоким уровнем магнитных свойств. Сплав имеет две температуры кристаллизации: 510°С, выше которой образуются нанокристаллы, и 570°С, выше которой происходит кристаллизация их окружения, обогащенного ниобием, быстрый рост размеров зерна и деградация магнитных свойств Поэтому обычно для получения оптимальных магнитных параметров сплав отжигают при температурах 520 – 560°С в течение часа. Если проводить этот процесс кратковременно, но при более высокой температуре, то кристаллизация областей, обогащенных ниобием, запаздывает. За минимальную температуру отжига была взята температура 580°С. На рис. 17 показано, что при температуре отжига 580°С выдержки в течение

10–30 с приводят к коэрцитивной силе, близкой к получаемой традиционным методом – отжигом 1 ч при 540°С. Повышение температуры отжига при этих выдержках ведет к росту Нс, по-видимому, из-за того, что начинается вторая стадия кристаллизации.

Рис. 17 Зависимость коэрцитивной силы Нс от температуры отжига Тотж. Время выдержки: 1 – 5 с, 2 – 10 с, 3 – 20 с, 4 – 60 с; штриховая линия – уровень Нс образца, отожженного 1 ч, 540°С.


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.