lekcii (774103), страница 26
Текст из файла (страница 26)
При температуре точки Кюри разрушаетсядоменнаяструктурамагнитногоматериала.Материализферромагнетика становиться парамагнетиком.Очень важной магнитной характеристикой материала впеременном магнитном поле является величина его удельных потерь.Перемагничиваниесопровождаетсянагреваниемматериаларассеянием энергии внешнего магнитного поля. Мощность,затрачиваемая на перемагничивание 1 кг материала называется егоудельными потерями. Удельные потери слагаются из потерь нагистерезис Рг, потерь на вихревые токи Рв и потерь на магнитноепоследействие Рп:Потери на гистерезис прямо пропорциональны площади статическойпетли гистерезиса и первой степени частоты. Потери на вихревыетоки при заданной индукции прямо пропорциональны квадратучастоты и квадрату толщины листа магнитного сердечника и обратнопропорциональны удельному электросопротивлению материала.
Дляих уменьшения выгодно применять тонкий лист и материалы свысоким удельным сопротивлением. Потери на последействиеаналитическому расчету не поддаются. Они малы в сравнении состальными составляющими потерь и проявляются заметно толькопри работе ферромагнетиков в области слабых полей на высокихчастотах и в импульсном режиме.Намагничивание и перемагничивание ферромагнетиковсопровождается изменением их формы и размеров.
Это явлениеназывается магнитострикцией. Количественно магнитострикциюоцениваютвеличинойотносительногоизменениядлинынезакрепленного стержня при его намагничивании до насыщения изполностью размагниченного состояния. Эта величина называетсямагнитострикцией насыщения λs.Магнитострикция насыщения может быть как положительной, так иотрицательной и зависит как от состава материала, так и отнаправления намагничивания относительно кристаллографическихосей каждого зерна. В закрепленном теле магнитострикция приводит квозникновению механических напряжений.
В свою очередь,механические напряжения, приложенные извне к телу, изменяют егомагнитныесвойства(магнитоупругийэффект).Еслиприположительной величине λs создать в стержне растягивающиенапряжения, то намагничивание этого стержня облегчается; если жесоздать напряжение сжатия, то намагничивание стержня будетзатруднено.Величина λs влияет на магнитную проницаемость материала.
Прибольшомзначениимагнитострикцииперемагничиваниесопровождается возникновением внутренних напряжений, снижающихмагнитную проницаемость.На легкость перемагничивания оказывает влияние также степеньанизотропии магнитных свойств. В материалах со значительноймагнитной анизотропией процесс перемагничивания затрудняется.Магнитные свойства в значительной степени зависят от состава иструктуры материалов, а также от внешних факторов: температуры,частотыперемагничивания,механическихнапряжений,радиоактивного облучения.начальная магнитная проницаемостьмаксимальная магнитная проницаемостьКоэрцитивная силаОстаточная индукцияСтруктурночувствительные(размер иориентировка зерен,наличиевнутреннихнапряжений)Bs, k, λs, θСтруктурноНЕчувствительны(химическийсостав итемпературасплава)Влияние типа взаимодействия компонентов:Твердые растворы замещения:- искажения кристаллической решетки значительно повышаютудельное электросопротивление, но на магнитные характеристики (заисключением потерь на вихревые токи) в большинстве случаевнепосредственного влияния не оказывают.Линейные размеры искаженных участков кристалла в этом случаеоказываются намного меньше толщины границ между доменами, ипоследние при своем движении как бы «не чувствуют» искажениярешетки.
По этой причине перемагничивание сплавов — твердыхрастворов замещения осуществляется легко. Более того, приопределенном химическом составе таких сплавов магнитострикциянасыщения и степень анизотропии магнитных свойств сильноуменьшаются, и это приводит к росту магнитной проницаемости. Вэтих случаях возможно получение сплавов, магнитная проницаемостькоторых в десятки раз превышает магнитную проницаемость исходныхкомпонентов — чистых металлов.λsμВ твѐрдых растворах замещения,в результате искажений кристаллической решѐткиТвердые растворы внедрения:характеризуютсянастолькозначительнымискажениемкристаллической решетки, что размер искаженной части кристалластановится соизмеримой с толщиной границ между доменами иоказывается заметным препятствием процессу смещения границдоменов.
Это приводит к снижению магнитной проницаемости и ростукоэрцитивной силы и магнитных потерь. При этом значительныеизменения магнитных свойств у таких сплавов наблюдаются даже прималом содержании примесей, образующих твердый растворвнедрения (сотые и тысячные доли процента).μНсПмМеханическая смесь двух (или более) фаз, из которых одна фазанемагнитна, приводит к резкому снижению магнитной проницаемости,повышению коэрцитивной силы и потерь на гистерезис по сравнениюс однофазными сплавами близкого состава. Это объясняется тем, чтовключения (зерна) немагнитной фазы затрудняют смещение границдоменов, делают их более устойчивыми и тем препятствуютперемагничиванию материала. В этом отношении они действуютсильнее, чем искажения участков кристалла в местах внедренияатомов примеси.μНсПмНемагнитные включения часто образуются в металлических сплавахпри попадании в них таких элементов, как С, О, S и N, образующих сметаллами карбиды, оксиды, сульфиды и нитриды.
Поэтому вматериалах, в которых важно получить высокую магнитнуюпроницаемость,этиэлементыявляютсянежелательнымипримесями.Влияние величины зернаПо границам зерен поликристаллического металла нарушаетсяпорядок расположения атомов. Это вызывает возникновениевнутренних напряжений, затрудняющих смещение границ доменов.Поэтому границы зерен представляют для смещающихся границдоменов трудно преодолимое препятствие и тем затрудняютперемагничивание материалов.В крупнозернистом материале общая поверхность всех границ зерензначительно меньше, чем в мелкозернистом. Поэтому в нем меньшепрепятствий перемагничиванию, а значит чем крупнее зерно, темвыше магнитная проницаемость и тем ниже потери на гистерезиси коэрцитивная сила .Влияние величины зерна на коэрцитивную силу электротехническойстали показано на рис. 5,7.Известно, что домены не могут быть меньше некоторого предельногоразмера. Поэтому, в двухфазных мелкозернистых сплавах, когдаферромагнитная фаза изолирована немагнитными прослойками, аразмер зерен приближается к предельному размеру доменов, вкаждом зерне не может существовать более одного домена.В этом случае процесс смещения границ доменов не можетосуществляться и намагничивание (перемагничивание) материалапроисходит только путем вращения векторов намагниченностидоменов.
Материал с подобной (однодоменной) структурой повеличине коэрцитивной силы превосходит тот же материал с болеекрупными зернами (с многодоменной структурой) в сотни и тысячираз.Однодоменная структура формируется в сплавах, есличастицы ферромагнитной фазы имеют размеры порядка 0,01—0,1 мк.Рис. 5,7. Зависимость коэрцитивнойсилы листовой электротехническойстали от величины зерна3.Влияние наклепа и термической обработкиВ условиях изготовления, ремонта или эксплуатации изделиймагнитные материалы могут подвергаться наклепу (например, прихолодной прокатке ленты и навивке из нее сердечников. в процессештамповки или обработки резанием, при ударах и случайнойдеформации сердечников).При наклепе в зернах металла происходят сдвиги, в результате чегозерна дробятся.
Вновь образованные поверхности раздела (линиисдвигов) так же трудно преодолимы для границ доменов, как ипервоначальные границы зерен. Кроме того, и в самих зернах резковозрастает количество дефектов — прежде всего дислокаций.Дробление зерен и увеличение концентрации дефектов приводит кзатруднению процесса смещения границ доменов, а поэтому принаклепе магнитная проницаемость снижается , а коэрцитивная силаи удельные потери возрастают .Для устранения последствий наклепа, детали из магнитныхматериалов подвергают рекристаллизационному отжигу, причем вотличие от конструкционных материалов магнитные материалыотжигают при температуре, обеспечивающей получение крупногозерна (для материалов с высокой магнитной проницаемостью).На двухфазные (многофазные) сплавы значительное влияниеоказывают закалка и отпуск.Закалка фиксирует однофазное состояние пересыщенного твердогораствора.
Если этот твердый раствор представляет собой фазу,устойчивую при высоких температурах, то его коэрцитивная силаостается почти такой же, как и в отожженном сплаве. Если же закалкасопровождается фазовым превращением, при котором в структуремогут быть созданы высокие внутренние напряжения и очень мелкиезерна, то коэрцитивная сила в результате закалки может возрасти вдесятки раз.Отпуск закаленных сплавов сопровождается распадом твердыхрастворов с образованием двухфазных механических смесей. Еслиодна из фаз немагнитна, то отпуск обычно приводит к снижениюмагнитной проницаемости и возрастанию коэрцитивной силы,особенно значительному, если образуется однодоменная структура.На магнитные свойства всех металлов и сплавов оказывает оченьсильное влияние отжиг.
При отжиге устраняются внутренниенапряжения, а если температура нагрева значительно вышекритической (или немного ниже ее), то получаются крупные зерна.Отжиг рекомендуется проводить в атмосфере очищенного водородаили в вакууме, так как это способствует удалению многих вредныхпримесей, создающих немагнитные включения или растворяющихсяпо типу внедрения. Поэтому отжиг значительно повышает магнитнуюпроницаемость и снижает коэрцитивную силу.Влияние кристаллографическойтекстурыПреимущественнаяориентациякристаллической решетки (текстура) взернах поликристаллического теласообщаетемусвойствомонокристалла — анизотропность. Еслитекстура такова, что направлениевнешнего намагничивающего полясовпадает с одним из направленийлегкогонамагничиваниякаждогозерна(см.рис.5,2),тонамагничивание и перемагничиваниеосуществляются без участия процессаобратимоговращениявекторанамагниченности доменов (выпадаетучастокнарис.5,4).Криваянамагничивания и петля гистерезисастановятся прямо-угольными, т.
е. Вrприближается к Вs, а величинамаксимальноймагнитнойпроницаемости возрастает.Рис. 5.8. Изменение формыпредельной петли гистерезиса врезультате создания кристаллографической текстуры:1—петлягистерезисанетекстурованного материала;2 — петля гистерезиса материала с кристаллографическойтекстуройИзменение вида предельной петли гистерезиса в результатесообщения материалу кристаллографической текстуры показано нарис. 5,8. Если направление перемагничивания не совпадает снаправлением легчайшего намагничивания зерен текстурованноготела, его петли гистерезиса становятся менее прямоугольными, чемпри отсутствии текстуры, а максимальная проницаемость снижается.Для направленного изменения магнитных свойств используют напрактике различные способы создания кристаллографическойтекстуры.Лекция 19ВИДЫ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВУчебные вопросы:1.Низкочастотные магнитомягкие материалы2.Высокочастотные магнитомягкие материалы3.Магнитотвѐрдые материалы .Литература:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
