Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

Timofeev I.A.
Систематические исследования показывают, что свойства магнитномягких материалов являются чрезвычайно структурно-чувствительными. Эти свойства значительно изменяются при небольших изменениях кристаллической структуры магнитных материалов. Дислокации, вакансии и их группировки возникают в процессе кристаллизации и механической обработки, при больших скоростях нагрева и охлаждения, а также при ядерном облучении магнитных материалов.

Дислокации не оказывают существенного влияния на магнитную индукцию насыщения, но значительно влияют на начальную и максимальную магнитную проницаемость, коэрцитивную силу. Магнитная индукция насыщения - это основной магнитный параметр материала, который целиком и полностью зависит от химического состава материала и не зависит от технологических режимов обработки. Если начальная магнитная проницаемость не имеет большого значения для практического применения в технике, то максимальная магнитная проницаемость и коэрцитивная сила имеют определяющее значение.

На рисунке в логарифмических координатах представлены результаты измерения максимальной магнитной проницаемости в зависимости от плотности дислокаций для различных магнитных материалов. Из рисунка видно, что с увеличением плотности дислокаций с 4×1010 до 7×1013 м-2 максимальная магнитная проницаемость уменьшается в следующих пределах: для железного образца с 3680 до 370, для образца из сплава Fe-1,9% Si с 6900 до 530, для образца из сплава Fe-4% Si с 14600 до 910, а для образца из сплава Fe-6,5% Si с 47700 до 2170. Эксперименты показали, что максимальная магнитная проницаемость увеличивается с повышением содержания кремния. Чем меньше плотность дислокаций и чем выше содержание кремния в сплаве, тем выше максимальная магнитная проницаемость.                                                  

N,M-2

Рисунок 1. Зависимость максимальной магнитной проницаемости от плотности дислокаций для различных магнитных материалов: 1 - Fe; 2 - Fe-Si (1,9% Si); 3- Fe-Si (4% Si); 4 - Fe-Si (6,5% Si)

Для определения коэрцитивной силы автором предложена аналитическая зависимость коэрцитивной силы от концентрации доменов и плотности дислокаций:

Нс=1,5 ,

где k - константа магнитной анизотропии;

δ - толщина доменной стенки;

N - плотность дислокаций;

μо - абсолютная магнитная проницаемость;

Is - самопроизвольная намагниченность;

D - диаметр кристаллита;

n - число доменов в единице объема;

ε - показатель степени плотности дислокаций;

q - показатель степени числа доменов.

Откуда видно, что коэрцитивная сила уменьшается с увеличением концентрации доменов и уменьшением плотности дислокаций.

Для плотности дислокаций N=7×1011 м-2 и числа доменов n=650 показатели степени равны ε=0,08 и q=0,04, а для плотности дислокаций N=2×1014 м-2 и числа доменов n=650 - ε=0,2 и q=0,16.

Домен со своими стенками является совокупным материальным макроскопическим объектом, для которого можно применить формулу кинетической энергии:

E=mV2/2

Из этой формулы можно примерно оценить скорость движения ДГ:

V= √2E /m,

где E - энергия доменной границы (для железа E»5,35×10-16 Дж);

m - эффективная масса 180о доменной границы (для железа m≈3,7×10-20 кг).

Результаты измерения показали, что с увеличением плотности дислокаций от 4×1010 до 7×1013 м-2 скорость движения ДГ уменьшается в следующих пределах: для железного образца с 172,5 до 9,9 м/с, для образца из сплава Fe-1,9% Si с 216,2 до 26,3 м/с, для образца из сплава Fe-4% Si с 257,6 до 43,4 м/с, а для образца Fe-6,5% Si с 293,7 до 58,8 м/с.

Выводы

  1. Для образцов из сплава Fe-Si определено, что при уменьшении плотности дислокаций максимальная магнитная проницаемость увеличивается и тем в большей мере, чем выше содержание кремния в сплаве.
  2. Автором предложена аналитическая формула , устанавливающая зависимость коэрцитивной силы от плотности дислокаций и числа доменов для низкомагнитострикционных образцов.
  3. Установлено, что скорость движения доменных границ с увеличением плотности дислокаций уменьшается и тем больше, чем меньше содержание кремния в Fe-Si сплаве.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Tebble R.S. Ferromagnetic Domains. Amsterdam: North-Holland Publ. Co., 1969, p. 98.
  2. Кандаурова Г.С. Оноприенко Л.Г. Доменная структура магнетиков. г. Свердловск, 1988.
  3. Träuble H. Magnetisierungskurbe und magnetische Hysterese ferromagnetischer Einkristall. Berlin-Heidelberg-New-York, Springer, 1966, p. 318.
  4. Vicena F. On the influence of dislocations on the coercive field of ferromagnetic / - «Chechosl. I. Phys.», 1955. V. 5, p. 480.
  5. Ichiyama T. Structure and Control of Magnetic Domain in Crain-oriented Silicon Steel. Journal of the Iron and Steel Institute of Japan, 1983, v. 69, № 8, p. 895-902.
  6. Nozawa T., Yamamoto T., Matsuo Y. and Ohya Y. IEEE Trans. Magne., MAG-14 (1978), p. 252-257.
  7. Драгошанский Ю.Н. и др. Влияние совершенства кристаллографической текстуры (110) [001] на величину электромагнитных потерь в трансформаторной стали // ФММ. 1978. Т. 45. № 45. № 4. С. 723-728.