метода (метод. указания к лаб. работам №14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу Материаловедение - Васильев В. Р., Герасимов С. А., Елисеев Э. А)

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаМАТЕРИАЛЫС ОСОБЫМИ МАГНИТНЫМИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИСВОЙСТВАМИИздательство МГТУ им. Н.Э. БауманаМосковский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаМАТЕРИАЛЫС ОСОБЫМИ МАГНИТНЫМИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИМетодические указанияк лабораторным работам № 14, 15, 16, 17, 18, 19по курсу «Материаловедение»Под редакцией Н.М. РыжоваМоскваИздательство МГТУ им.

Н.Э. Баумана2009УДК 621.78ББК 34.651М341Рецензент И.В. КирилловМатериалы с особыми магнитными и электричесМ341 кими свойствами : методические указания к лабораторнымработам № 14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу «Материаловедение» / В. Р. Васильев, С. А. Герасимов, Э. А. Елисеев и др. ;под ред. Н.М. Рыжова. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э.

Баумана,2009. c. 54, [2]. : ил.Изложены краткие сведения о материалах с особыми магнитными и электрическими свойствами, которые применяют в современных конструкциях приборов и устройств. Выполнение конкретных заданий на лабораторных занятиях направлено на установление закономерных связей, раскрывающих влияние химическогосостава и условий обработки на структурное состояние и свойствамагнитно-мягких и магнитно-твердых материалов, а также проводников электрического тока и сегнетоэлектриков.Для студентов приборостроительных специальностей, изучающих дисциплину «Материаловедение».УДК 621.78ББК 34.651Учебное изданиеВасильев Виктор Русланович, Герасимов Сергей Алексеевич,Елисеев Эдуард Анатольевич, Зябрев Александр Александрович,Пахомова Светлана Альбертовна, Плохих Андрей Иванович,Пучков Юрий Александрович, Рыжов Николай Михайлович,Смирнов Андрей Евгеньевич, Язвицкий Михаил ЮрьевичМатериалы c особыми магнитнымии электрическими свойствамиРедактор С.Ю.

ШевченкоКорректор М.А. ВасилевскаяКомпьютерная верстка О.В. БеляевойПодписано в печать 15.12.2009. Формат 60×84/16.Усл. печ. л. 3,26. Тираж 200 экз. Изд. № 97.ЗаказИздательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009Работа № 14. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВПЕРМАЛЛОЕВЦель работы – изучение влияния химического состава и видаобработки на магнитные свойства пермаллоев.Краткие теоретические сведенияЖелезоникелевые сплавы (пермаллои) относятся к группе магнитно-мягких материалов с высокой магнитной проницаемостью вслабых магнитных полях Н = 0,08…8 А/м.

Для них характернытакже малая коэрцитивная сила Нс = 1,2…32 А/м, низкие потерипри перемагничивании и повышенное удельное электрическое сопротивление  = (0,45…0,9)  10–6 Ом  м, что позволяет расширитьчастотный диапазон их использования.Благодаря высоким магнитным свойствам, пермаллои широкоприменяются в приборостроении для изготовления магнитных экранов, сердечников трансформаторов, реле, дросселей и другихдеталей радиоэлектронной техники.Пермаллои имеют структуру -твердого раствора. По химическому составу их принято подразделять на низконикелевые(35…65 % Ni) и высоконикелевые (75…80 % Ni).Наибольшей магнитной проницаемостью обладает сплав, содержащий 78,5% Ni (рис.

14.1). Причина легкой намагничиваемостиэтого сплава – наличие у него близких к нулю значений константыкристаллографической магнитной анизотропии K и коэффициентаобъемной магнитострикции s. Процессы намагничивания у такихсплавов протекают более легко, так как уменьшается разница в работе, необходимой для намагничивания в различных кристаллографических направлениях, а также снижаются внутренние напряжения,возникающие в результате магнитострикции.3Рис. 14.1.

Участок диаграммы состояния Fe–Ni и зависимость свойствсплавов от концентрации никеля4Магнитная проницаемость высоконикелевых пермаллоев в несколько раз больше, чем у низконикелевых, но при этом в 1,5 разаменьше индукция насыщения и в 2 раза – удельное электрическоесопротивление. Кроме того, высоконикелевые пермаллои особенночувствительны к внешним напряжениям, дороже низконикелевых итребуют применения более сложной термической обработки – нагрева изделий до температуры 1100…1200 °С в вакууме или в средеводорода, выдержки и охлаждения со скоростью 100…200 °С/ч дотемпературы 600 °С с последующим ускоренным охлаждением.Обычный отжиг с медленным охлаждением во всем интервале температур приводит к получению низкой магнитной проницаемости ивысокой коэрцитивной силы, что является результатом упорядочения твердого раствора в процессе охлаждения и образования сверхструктуры Ni3Fe.Для улучшения электромагнитных свойств обе группы пермаллоев легируют молибденом, хромом, медью, кремнием.

Легирование приводит к увеличению удельного электрического сопротивления и магнитной проницаемости, уменьшает чувствительностьсплава к деформации. Кроме того, оно позволяет упростить термическую обработку, так как затрудняется упорядочение твердого раствора. Легирование медью повышает, помимо этого, стабильностьмагнитных свойств и улучшает механическую обрабатываемостьсплава.В технике используют только легированные высоконикелевыепермаллои (79НМ, 80НХС, 76НХД). Низконикелевые пермаллоиподразделяют на легированные (50НХС) и простые (45Н, 50Н).Нелегированные низконикелевые пермаллои обладают наибольшей магнитной индукцией насыщения (до 1,5 Тл); их применяютдля сердечников силовых трансформаторов и устройств, в которыхнеобходимо создавать большой магнитный поток.

Легированиепермаллоев снижает индукцию насыщения Bs и, как следствие,магнитный поток.Для сердечников магнитных усилителей, коммутирующихдросселей, элементов памяти вычислительных машин применяютсплавы с прямоугольной петлей гистерезиса, у которых коэффициент прямоугольности  = Br / Bs = 0,85. Прямоугольную петлю гистерезиса имеют низконикелевые пермаллои марок 34НКМП, 50НПи 65НП. В первых двух сплавах она получается в результате создания кристаллографической текстуры (прокаткой с большимистепенями обжатия и последующим отжигом), в сплаве 65НП –5в результате создания магнитной текстуры (с помощью термомагнитной обработки).Пермаллои хорошо обрабатываются давлением и выпускаютсяв виде лент и листов толщиной от 0,015 до 22 мм, а также прутковдиаметром 8…100 мм. Однако после пластической деформации ихмагнитные свойства невысоки.

Это объясняется возникающимипри деформации большими искажениями кристаллической решетки и внутренними напряжениями, к которым пермаллои имеютповышенную чувствительность. Поэтому окончательно изготовленные изделия и сердечники подвергают отжигу – типичнойобработке магнитно-мягких материалов, приводящей к снятиювнутренних напряжений, укрупнению зерна, уменьшению содержания примесей и, следовательно, к улучшению магнитно-мягкихсвойств.

В процессе последующей сборки, во избежание ухудшения свойств, изделия не должны подвергаться ударам, изгибам,чрезмерной затяжке или сдавливанию обмоткой.Магнитными свойствами, близкими к свойствам пермаллоев,обладают закаленные из жидкого состояния аморфные сплавы,состав которых определяется формулой М80Х20, где М – переходный металл (Fe, Ni, Co), Х – аморфизирующие элементы (Si, C,B, P), вводимые в количестве 20…25 атомных %.Своеобразие свойств обусловливает выделение аморфныхсплавов в новый класс материалов.

Ввиду отсутствия в аморфнойструктуре границ зерен и дефектов строения, свойственных кристаллическим материалам, аморфные сплавы обладают высокоймагнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Ониимеют в 2–3 раза более высокое, чем кристаллические сплавы,удельное электрическое сопротивление и, как следствие, низкие магнитные потери; их используют для работы при частотахдо 200 кГц.Важное преимущество аморфных материалов – простота получения непрерывными методами. Высокие скорости охлаждения(104…106 K/с), необходимые для подавления кристаллизации,достигаются в тонких сечениях – ленте толщиной 20…50 мкм ишириной 20…100 мм.

Ее получают охлаждением тонкой струи расплава на быстровращающемся медном диске. Процесс обеспечивает непрерывное производство ленты со скоростью 10…50 м/с(до 100 км/ч).Аморфные магнитные сплавы имеют разнообразный химический состав: Fe40Ni40P14B6, (Fex, Ni1–x)80B10P10, (Fex, Co1–x)78Si10B12,Fe80P14B6, Co70Fe5Si7B18, Co75Si15B10 и др.6В промышленных масштабах производят сплавы многих марок, в том числе 84КСР, 84КХСР, 86КГСР, 71КНСР. Сплав71КНСР содержит (по массе) 71 % Co, 12 % Ni, 6 % Fe, 7 % Si,4 % B. Высокий уровень магнитных свойств этого сплава достигается после отжига при температуре 400 °С в течение 1 ч. В результате нагрева снимаются внутренние закалочные напряжения ипроисходят изменения в расположении атомов, приводящие куменьшению избыточного свободного объема.Принципиальная схема и принцип работы прибораДля определения магнитных свойств материалов используюткольцевые образцы и феррометр Ф5063.