метода (метод. указания к лаб. работам №14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу Материаловедение - Васильев В. Р., Герасимов С. А., Елисеев Э. А), страница 4

Этот сплавсреди всех до сих пор исследованных НКС остается непревзойденным по комплексу гистерезисных свойств, в том числе высокочастотных.Необычное для традиционных кристаллических магнитномягких материалов фазово-структурное состояние НКС требует нового подхода к объяснению формирования в них уникальных магнитных свойств.

Как известно, в основе классического принципасоздания магнитно-мягких материалов лежат следующие требования к структуре: материал должен быть однофазным, он должениметь достаточно большой размер зерна, а значения констант кристаллографической магнитной анизотропии K и коэффициента объемной магнитострикции s должны быть близки к нулю. Эти требования наилучшим образом реализуются в высоконикелевыхпермаллоях и сендасте, а также в аморфных сплавах на основе Co,для которых s = 0.Требование, относящееся к размеру зерна, базируется на зависимости коэрцитивной силы Hc от размера зерна d, которая дляобычных кристаллических материалов имеет вид: H c ~ d  n .

Однако для НКС эта зависимость нарушается – в нанокристаллическомдиапазоне размеров зерен наблюдается не рост, а снижение Hc суменьшением d. Кроме того, в НКС типа FINEMET оказываютсяблизкими к нулю как константа K, так и значение s, хотя составнанокристаллов твердого раствора -Fe(Si) не отвечает ни условию равенства нулю s (12 ат. % Si), ни условию равенства нулюконстанты K (22 ат. % Si).

Близкое к нулю значение s сплавов типа FINEMET можно объяснить аддитивным сложением различныхпо знаку парциальных величин s, относящихся к аморфной и кристаллическим структурным составляющим.20Аномальную зависимость Hc от d, а также почти нулевое значение константы K можно объяснить только на основе привлечения новых физических представлений о характере межзеренногомагнитного взаимодействия в случае, когда система имеет ультрадисперсную структуру. Обменное взаимодействие в такой структуре приводит к тому, что магнитная анизотропия определяется незначением константы K, а значением усредненной по группе нанокристаллов эффективной константы анизотропии K . Ее значение существенно меньше константы K, а зависимость от размеразерна d определяется соотношением K ~ d n .Сплав 5БДСР имеет уникальное сочетание высокой индукциинасыщения, высокой магнитной проницаемости и низких удельных потерь на перемагничивание.

Его типичные свойства послетермической обработки без приложения внешнего магнитного поля приведены в табл. 16.1.Таблица 16.1Характеристика материалаЗначениеИндукция насыщения Bs, ТлНачальная магнитная проницаемость  н , мГн/м 1,2Максимальная магнитная проницаемость  max , мГн/м 100 000Коэрцитивная сила H c , А/м 1,6Удельные потери p на частоте 100 кГц, Вт/кг250…280 30 000Дополнительно магнитные свойства могут быть улучшены термомагнитной обработкой (ТМО) – отжигом с наложением магнитного поля в различных направлениях. Применение ТМО дает возможность в широких пределах изменять не только коэффициент прямоугольности петли гистерезиса и уровень магнитной проницаемостимагнитопроводов из сплава 5БДСР, но и форму петли гистерезиса(рис.

16.3). Например, ТМО в продольном магнитном поле дает возможность получить вместо S-образной (рис. 16.3, а) прямоугольнуюпетлю (рис. 16.3, б), что важно для использования материала в элементах памяти; обработка в поперечном магнитном поле приводит кформированию линейной петли (рис. 16.3, в) – материалы с такойпетлей используют в прецизионных магнитных усилителях с минимальными нелинейными искажениями сигнала.2122Рис. 16.3.

Петли гистерезиса сплава 5БДСР после термической обработки:а – без наложения магнитного поля (S-образная петля); б – в продольном магнитном поле (прямоугольная пеля);в – в поперечном магнитном поле (линейная петля)Принципиальная схема и принцип работы прибораДля определения магнитных свойств сплава 5БДСР используют кольцевые образцы и автоматизированный лабораторный измерительный стенд, состоящий из персонального компьютера(ПК) с установленной звуковой картой, усилителя мощности с регулируемым коэффициентом усиления и интегратора (рис. 16.4).Рис. 16.4. Схема автоматизированного лабораторного стендаНа испытываемом образце, изготовленном в виде кольцевогомагнитопровода, выполнены две обмотки: намагничивающая счислом витков W1 и измерительная с числом витков W2.

По намагничивающей обмотке пропускают переменный ток, измерительную обмотку используют для определения индукции.Звуковая карта ПК вырабатывает синусоидальное напряжениеuH, частоту и амплитуду которого регулируют, используя прикладное программное обеспечение. Переменное напряжение uHпоступает на вход усилителя, к выходу которого подключена намагничивающая обмотка W1 кольцевого образца. Напряженностьмагнитного поля в исследуемом материале пропорциональна силетока в намагничивающей обмотке. Для измерения силы тока используют резистор R, который включен последовательно с намагничивающей обмоткой. Напряжение с измерительного резистораподается на линейный вход звуковой карты в ПК и несет информацию о напряженности поля H.Наводимая в измерительной обмотке ЭДС, пропорциональнаяпроизводной от индукции магнитного поля B в исследуемом образце, поступает в интегратор.

Выходной сигнал интегратора, пропорциональный индукции B, подается на другой линейный входзвуковой карты в ПК.23Таким образом, программное обеспечение ПК на основе информации о напряженности H, индукции магнитного поля B в исследуемом образце и частоте перемагничивающего поля осуществляет построение кривых намагничивания и расчет всех магнитных характеристик материалов.Автоматизированный лабораторный стенд дает возможностьпроводить измерения, сохранять результаты в базе данных, представлять результаты в графическом и текстовом виде и формировать отчет. Для управления стендом используют команды, которыеможно вводить либо из меню, либо кнопками панели управления(для некоторых команд).Команда «Образец» дает возможность задать следующие параметры образца, находящегося в стенде:S_obr – площадь образца, м2;L_obr – средний радиус образца, м;W1 – число витков первичной обмотки;W2 – число витков вторичной обмотки.Команда «Измерение» активизирует процесс определения параметров петли гистерезиса.

Регуляторами «Амплитуда» и «Частота» в левой стороне окна (рис. 16.5) можно изменять напряженность поля и его частоту, при этом масштаб графика будет изменяться автоматически (этот режим можно отключить командой«Автомасштаб»).Команда «База данных» активизирует окно базы данных результатов измерений (рис. 16.6, а). Здесь можно выбрать мышьюодну из записей результатов измерений и нажатием кнопки «▲»(«Показать») открыть окно результатов (рис. 16.6, б). Также можноизменять масштаб и отмечать характерные точки на графике.Изменение масштаба.

Для увеличения участка изображенияустановить курсор мыши в верхний левый угол выбранного участка, нажать левую кнопку мыши и ввести курсор, не отпуская кнопки мыши, в правый нижний угол выбранного участка. При отпускании кнопки мыши произойдет изменение масштаба, при отсутствии изменений следует проверить состояние автомасштаба, этафункция должна быть отключена. Для возврата к прежнему масштабу нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, провестимышью в сторону левого верхнего угла.Расстановка характерных точек. Поместить курсор мыши ввыбранный участок кривой (при этом курсор примет вид перекрестия) и нажать левую кнопку мыши. В правой части окна при этомбудут отображаться координаты установленных характерных точек.24Рис.

16.5. Вид экрана ПК в процессе снятия основной кривойнамагничиванияРис. 16.6. Вид экрана ПК:а – c окном базы данных результатов измерений; б – c графическим окномрезультатов измерений25Для удаления лишней характерной точки подвести курсор мыши к удаляемой точке (при этом курсор изменит свой вид) и нажать левую кнопку мыши.Команда «Сохранить» записывает в базу данных результатоввсе внесенные изменения.Команда «Печать» открывает окно «Preview» (окно предварительного просмотра отчета), содержащее страницу, выводимую напечать.Каждое выполнение команды «Печать» добавляет в окно«Preview» содержимое текущего окна результатов.

Наилучший видотчета получается при размещении не более трех-четырех графиков на листе формата A4 (рис. 16.7).Рис. 16.7. Вид экрана ПК с окном предварительного просмотра отчетаПеред тем как добавить в окно «Preview» следующий график,желательно сохранить изменения текущего окна результатов, выполнив команду «Сохранить».По окончании формирования страницы отчета с разрешенияпреподавателя нажать кнопку «Печать» в окне «Preview».26Задание1. Ознакомиться со структурой и свойствами нанокристаллических материалов.2. По частным петлям гистерезиса построить на экране монитора основную кривую намагничивания для заданного преподавателем образца.3.

Для заданного образца получить предельную петлю гистерезиса на частоте, заданной преподавателем. Определить значенияпараметров предельной петли гистерезиса (Bs,  = Br / Bs, Hc).4. Построить график зависимости магнитной проницаемости отнапряженности поля и определить по нему значения начальной( н ) и максимальной ( max ) проницаемости.5. Результаты измерения магнитных свойств сплава 5БДСР после различных видов обработки свести в табл.

16.2.Таблица 16.2Вид обработкиBs, Тл = Br / Bs Hc, А/мн,мГн/мμmax,мГн/мБез отжигаОтжиг (540 °С, 2 ч) без наложения магнитного поляТМО в продольном магнитном полеТМО в поперечном магнитном поле6. Сделать заключение о влиянии обработки на магнитныесвойства материала.Порядок выполнения работы1. Установить параметры образца, находящегося в стенде, используя команду «Образец». В открывшемся окне базы данных образцов найти запись, содержащую параметры образца, или ввестипараметры образца в соответствии с индивидуальным заданием.2. Получить основную кривую намагничивания, для чего выполнить следующие действия: изменять напряженность магнитного поля регулятором «Амплитуда» и фиксировать координаты вершин частных петель гистерезиса командой «Фиксация точки» (10–16 раз);27 сохранить результаты, используя команду «Сохранить»; по окончании измерений уменьшить до нуля напряженностьмагнитного поля.3. Обработать результаты измерений, для чего выполнить следующие действия: развернуть окно базы данных результатов измерений (см.рис.

16.6, а), выбрать мышью один из полученных графиков и нажать кнопку «▲» («Показать»); в открывшемся окне результатов (см. рис. 16.6, б) установитьхарактерные точки на графике, изменяя, если необходимо, масштаб графика.4. Полученные при установке характерных точек на графикахзначения магнитных характеристик занести в таблицу.5.