Аморфные магнитомягкие материалы

Особую группу прецизионных магнитомягких материалов составляют аморфные сплавы. Аморфные магнитомягкие сплавы обладают уникальным сочетанием свойств, которое не может быть достигнуто в кристаллических материалах, а именно: сверхнизкими потерями на перемагничивание, высокими значениями эффективной проницаемости, гистерезисными свойствами, а также твердостью, износостойкостью, удельным электросопротивлением и сопротивлением механическим воздействиям. Магнитомягкие сплавы - ферромагнитные сплавы с узкой петлей гистерезиса и малой коэрцитивной силой с ^ 80 А/м, а для аморфных сплавов Нс < 0,1 А/м).

Для большинства сплавов с аморфной структурой демпфирующая способность в области комнатных и климатических температур невелика (]/ < 1 %). По мере приближения к температуре стеклования х) наблюдается экспоненциальный рост ДС, достигающий максимальной величины при температурах кристаллизации (у =10%). Параметры максимума демпфирования, связанные с переходом из аморфного состояния в кристаллическое, зависят от состава сплава и условий формирования аморфной структуры. В ферромагнитных магнигострикционных материалах помимо механизмов демпфирования, характерных для обычных аморфных сплавов, появляются дополнительные механизмы затухания, обусловленные изменением намагниченности образца под действием механических напряжений и существенно повышающие уровень демпфирования.

Таблица 7.2

Сравнительные характеристики некоторых сплавов высокого давления и высокодс.мнфирующих сталей

п/п

Тип сплава (стали)

Демпфирующая способность V, %

Предел текучести, а() 1. МПа

Предел прочности, ав, МПа

Относительное удлинение 5, %

Модуль упругости ?, МПа

Рекомендуемая область амплитуд

Примечания

Г

Fe-Al

01Ю5Т

33-48

300-450

450-600

15-30

200000

10-5-9-104

Экономичен,

технологичен

2

Fe-Al-Si

Serena

№К (Japan)

18-43

210-290

350-500

45-50

-

-

Цена металла не выяснена

3’

Fe-Cr-Mo-Al

Х16МТЮБ-ВИ

39-45

250-350

400-490

35-40

200000

10^-9-104

Высокая коррозионная стойкость

4

Fe-Cr-Al

Silentalloy

Toshiba

35-43

250-300

420-440

22-50

-

-

Корротионностойкий

5*

Mn-40%Cu

60Г40Д

33-39

400-450

600-650

20-25

90000

10^-10"3

Немагнитен

6

Mn-Cu

Incramule (USA) Sonostone (UK)

33-39

300

550

35

-

Ю^-Ю"3

Немагнитен, широко известен

7*

Mn-60%Cu

40Г60Д

33-39

350-400

500-550

30-35

120000

10 4-1(Г3

Немагнитен, повышенная временная стабильность

8”

Fc-Mn-Si

30-33

700-800

950-1050

30-35

180000

10-°

Экономичен, немагнитен

9

Серый чугун

15-18

300-350

500-550

0-1

150000

кг*

Экономичен

10

Ni-Co

Нивко

4-33

600-1000

1000-1400

30

190000

10-4

Высокая стоимость

11

Магний и его сплавы

33-45

50-70

150-200

20

40000

Ю-4

Немагнитен, малый удельный вес

* Разработки ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина».

В целом эффекты рассеяния энергии могут в аморфных металлах быть разделены на следующие группы:

  • • Эффекты, связанные с термоунругим затуханием, то есть с переменным во времени градиентом температуры между противоположными гранями колеблющейся пластины - потоком тепла от более горячих (сжатых) к более холодным (растянутым) слоям образца. При совпадении времени прохождения теплового потока между краями пластины с периодом колебаний наблюдается максимум термоупругого затухания. В некоторых свежезакаленных аморфных металлических материалах в области комнатных температур вклад тер- моунругой релаксации может достигать 6 %.
  • • Релаксационные эффекты, связанные со структурной релаксацией: диффузия структурных дефектов, топологическое и композиционное упорядочение ближнего порядка.
  • • Эффекты магнитомеханического внутреннего трения: вихревые токи, магнитоупругое затухание. Максимальные потери, связанные с микровихревыми токами, наблюдаются в области частот К)4... 10'"' Гц, на частотах < 1()4Гц основной вклад в затухание вносит магнитомеханический гистерезис - необратимое движение 90° границ доменов. Высокие значения демпфирующей способности и Д?/?-эффекта могут реализоваться при отсутствии в аморфном ферромагнетике сильных стопоров - дефектов, создающих напряжения.

Гистерезисные магнитные свойства аморфных материалов определяются анизотропией, формирующей доменную структуру, и торможением ГД дефектами атомной структуры физического или технологического происхождения. Подвижность ГД уменьшают локальные флуктуации атомной структуры, связанные с неоднородностью расплава и наследуемые аморфной фазой; локальные флуктуации структуры (< 10 А), связанные с «вмороженными» дефектами п- и р-типа; флуктуации микроскопического уровня (100... 1000 А) с соответствующими микроискажениями; композиционное упорядочение - наведение локальной магнитной анизотропии; кластеры, возникающие в ходе термической обработки.

ДС аморфных металлических материалов с магнитомеханическим рассеянием энергии может достигать 30...40 %. Оптимальные условия для получения высокой ДС - это отжиг в температурном интервале между температурой кристаллизации Тс и температурой стеклования Тх с последующим быстрым охлаждением, что позволяет понизить уровень внутренних напряжений без стабилизации ГД. Эффект увеличения ДС дает отжиг в магнитном поле, параллельном ширине ленты. При этом формируется с труктура с доменными стенками, перпендикулярными продольной оси ленты, а ДЕ-эффект может увеличиваться в два раза (сплав F75P15Cю). В результате термомагнитной обработки осуществляется снятие напряжений, увеличение длины основных полосовых доменов (от 30 до 900 мкм) и уменьшение доли областей с лабиринтной структурой: значения |/ для сплава FegiB^Sis при комнатной температуре достигают 20 %, ДЕ-эффект - 144 %. При понижении температуры ниже 25 К имеет место уменьшение демпфирования, связанное с замораживанием магнитных моментов атомов при переходе аморфного сплава в состояние спинового стекла.

На частотах 0,15...1,5 МГц затухание упругих колебаний может быть обусловлено магнитомеханическим гистерезисом и вихревыми токами. Основной вклад в затухание колебаний в аморфном сплаве типа FejjCo^Zrm вносят вихревые токи, возникающие при изменении намагниченности под действием внешних механических напряжений. Уменьшение толщины образца приводит к уменьшению вихретокового затухания и увеличению ДЕ-эффекта.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >