Материалы с особыми магнитными и электрическими свойствами
Покупка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Авторы:
Васильев 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 Юрьевич
Год издания: 2009
Кол-во страниц: 54
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 808667.01.99
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 химического состава и условий обработки на структурное состояние и свойства магнитно-мягких и магнитно-твердых материалов, а также проводников электрического тока и сегнетоэлектриков. Для студентов приборостроительных специальностей, изучающих дисциплину «Материаловедение».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ МАГНИТНЫМИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ Методические указания к лабораторным работам № 14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу «Материаловедение» Под редакцией Н.М. Рыжова Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2009
М341 УДК 621.78 ББК 34.651 М341 Рецензент И.В. Кириллов Материалы с особыми магнитными и электрическими свойствами : методические указания к лабораторным работам № 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 химического состава и условий обработки на структурное состояние и свойства магнитно-мягких и магнитно-твердых материалов, а также проводников электрического тока и сегнетоэлектриков. Для студентов приборостроительных специальностей, изучающих дисциплину «Материаловедение». УДК 621.78 ББК 34.651 Учебное издание Васильев 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 Юрьевич Материалы c особыми магнитными и электрическими свойствами Редактор С.Ю. Шевченко Корректор М.А. Василевская Компьютерная верстка О.В. Беляевой Подписано в печать 15.12.2009. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 3,26. Тираж 200 экз. Изд. № 97. Заказ Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5. © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009
Работа № 14. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПЕРМАЛЛОЕВ Цель работы – изучение влияния химического состава и вида обработки на магнитные свойства пермаллоев. Краткие теоретические сведения Железоникелевые сплавы (пермаллои) относятся к группе магнитно-мягких материалов с высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях Н = 0,08…8 А/м. Для них характерны также малая коэрцитивная сила Нс = 1,2…32 А/м, низкие потери при перемагничивании и повышенное удельное электрическое сопротивление = (0,45…0,9)10–6 Омм, что позволяет расширить частотный диапазон их использования. Благодаря высоким магнитным свойствам, пермаллои широко применяются в приборостроении для изготовления магнитных экранов, сердечников трансформаторов, реле, дросселей и других деталей 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 намагничиваемости этого сплава – наличие у него близких к нулю значений константы кристаллографической магнитной анизотропии K и коэффициента объемной магнитострикции s. Процессы намагничивания у таких сплавов 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. 3
Рис. 14.1. Участок диаграммы состояния Fe–Ni и зависимость свойств сплавов от концентрации никеля 4
Магнитная проницаемость высоконикелевых пермаллоев в несколько раз больше, чем у низконикелевых, но при этом в 1,5 раза меньше индукция насыщения и в 2 раза – удельное электрическое сопротивление. Кроме того, высоконикелевые пермаллои особенно чувствительны к внешним напряжениям, дороже низконикелевых и требуют применения более сложной термической обработки – нагрева изделий до температуры 1100…1200 °С в вакууме или в среде водорода, выдержки и охлаждения со скоростью 100…200 °С/ч до температуры 600 °С с последующим ускоренным охлаждением. Обычный отжиг с медленным охлаждением во всем интервале температур приводит к получению низкой магнитной проницаемости и высокой 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 чувствительность сплава к деформации. Кроме того, оно позволяет упростить термическую обработку, так как затрудняется упорядочение твердого раствора. Легирование медью повышает, помимо этого, стабильность магнитных свойств и улучшает механическую обрабатываемость сплава. В технике используют только легированные высоконикелевые пермаллои (79НМ, 80НХС, 76НХД). Низконикелевые пермаллои подразделяют на легированные (50НХС) и простые (45Н, 50Н). Нелегированные низконикелевые пермаллои обладают наибольшей магнитной индукцией насыщения (до 1,5 Тл); их применяют для сердечников силовых трансформаторов и устройств, в которых необходимо создавать большой магнитный поток. Легирование пермаллоев снижает индукцию насыщения Bs и, как следствие, магнитный поток. Для сердечников магнитных усилителей, коммутирующих дросселей, элементов памяти вычислительных машин применяют сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса, у которых коэффициент прямоугольности = Br / Bs = 0,85. Прямоугольную петлю гистерезиса имеют низконикелевые пермаллои марок 34НКМП, 50НП и 65НП. В первых двух сплавах она получается в результате создания кристаллографической текстуры (прокаткой с большими степенями обжатия и последующим отжигом), в сплаве 65НП – 5
в результате создания магнитной текстуры (с помощью термомагнитной обработки). Пермаллои хорошо обрабатываются давлением и выпускаются в виде лент и листов толщиной от 0,015 до 22 мм, а также прутков диаметром 8…100 мм. Однако после пластической деформации их магнитные свойства невысоки. Это объясняется возникающими при деформации большими искажениями кристаллической решетки и внутренними напряжениями, к которым пермаллои имеют повышенную чувствительность. Поэтому окончательно изготовленные изделия и сердечники подвергают отжигу – типичной обработке магнитно-мягких материалов, приводящей к снятию внутренних напряжений, укрупнению зерна, уменьшению содержания примесей и, следовательно, к улучшению магнитно-мягких свойств. 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 аморфных сплавов в новый класс материалов. Ввиду отсутствия в аморфной структуре границ зерен и дефектов строения, свойственных кристаллическим материалам, аморфные сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Они имеют в 2–3 раза более высокое, чем кристаллические сплавы, удельное электрическое сопротивление и, как следствие, низ- кие магнитные потери; их используют для работы при частотах до 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 и шириной 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. 6