МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет «Львівська політехніка»
Кафедра «Технології машинобудування»
Реферат
Дисципліна: фізика металів
”Вплив електронного і гама-опромінення на властивості сплавів заліза”
Вступ
1 Мета роботи і задачі дослідження
2 Теоретичні дані
3Експериментальні методи обробки результатів досліджень
4 Результати досліджень впливу опромінення на магнітні характеристики вихідних та термооброблених MG-сплавів та їх часову стабільність
Висновки
Література
Аморфні і нанокристалічні сплави на основі системи Fe‑Si-B – перспективні магнітом’які матеріали. Вони набувають широкого застосування в якості індуктивних елементів електронної та електротехнічної апаратури. Аморфні феромагнетики простіші в отриманні, а за своїми технічними характеристиками не поступаються традиційним кристалічним матеріалам. Особливе місце належить аморфним сплавам на основі Fe-Si-В (типу Metglas), що характеризуються високими значеннями індукції насичення та магнітної проникності, низькими втратами на перемагнічування, великим питомим електроопором. Нанокристалічні металеві сплави на основі системи Fe‑Si‑B‑Cu‑Nb (типу Finemet) отримують шляхом часткової кристалізації аморфних стрічок. Однорідність їх аморфно-кристалічної структури з певним (близько 10 нм) розміром кристалів α-Fe(Si) досягається контрольованим легуванням сплаву міддю і ніобієм. За своїми гістерезисними характеристиками нанокристалічні сплави переважають не лише традиційні кристалічні магнітом’які матеріали (ферити, пермалої та сталі), але й аморфні. Завдяки відмінним магнітним властивостям аморфні і нанокристалічні сплави на основі системи Fe‑Si-B використовують для виготовлення елементів електротехнічної апаратури (силових трансформаторів, малогабаритних трансформаторів, що працюють на середніх та високих частотах, дроселів). На сьогоднішій день практично відсутні літературні дані, що стосуються дослідження впливу опромінення на структуру і властивості аморфних і нанокристалічних сплавів даної системи. Дослідження впливу опромінення на властивості таких матеріалів є актуальним в двох аспектах. По‑перше, актуальним є встановлення можливості використання радіаційної обробки, як методу контрольованого впливу на магнітні характеристики осердь та, відповідно, індуктивних елементів, виготовлених з аморфних і нанокристалічних сплавів. По-друге, необхідним є отримання експериментальних даних про динаміку змін магнітних характеристик таких індуктивних елементів приладів, що могли б працювати в умовах опромінення.
Дослідження впливу опромінення на властивості аморфних сплавів має не тільки прикладне значення. Аналіз наявних на сьогоднішній день експериментальних даних не дозволяє зробити однозначних висновків про вплив різних видів іонізуючої радіації на структуру і властивості аморфних та аморфно-кристалічних металевих сплавів. Найбільш неоднозначними є літературні дані, що стосуються впливу гама-опромінення на структуру і властивості аморфних металевих сплавів (АМС). Обмаль робіт, присвячених впливу електронного опромінення на структуру і властивості цих матеріалів. Зовсім не дослідженим залишається вплив електронного і гама-опромінення на аморфно-кристалічні металеві сплави. Тому актуальним є дослідження впливу саме цих видів іонізуючої радіації на структуру і властивості аморфних і нанокристалічних металевих сплавів. Встановлення механізмів впливу опромінення на атомну структуру цих матеріалів ускладнюється також через відсутність єдиної структурної моделі аморфного стану. Таким чином, вивчення впливу іонізуючої радіації на структуру і властивості аморфних і нанокристалічних сплавів має важливе значення для фізики неупорядкованих систем та радіаційної фізики аморфних металевих сплавів.
1 Мета роботи і задачі дослідження
Метою роботи є отримання експериментальних даних про вплив іонізуючого опромінення на структуру та магнітні властивості аморфних і нанокристалічних сплавів на основі системи Fe‑Si-B, їх аналіз та встановлення основних механізмів цього впливу.
Основні задачі наукових досліджень:
1. Вивчення впливу електронного і гама-опромінення на динаміку змін структурних і магнітних характеристик аморфних сплавів системи Fe-Si-B та впливу гама-опромінення на динаміку змін магнітних характеристик нанокристалічних сплавів на основі системи Fe-Si-B-Nb-Сu.
2. Вивчення ролі легування аморфних сплавів Fe-Si-B нікелем і молібденом на характер впливу опромінення на термічну стабільність та динаміку змін їхніх структурних і магнітних характеристик.
3. Вивчення впливу попереднього опромінення на магнітні властивості аморфних і нанокристалічних сплавів на основі Fe-Si-B, та дослідження можливості використання опромінення в якості методу керованого впливу на магнітні характеристики цих матеріалів.
4. Вивчення впливу опромінення на часову стабільність магнітних характеристик магнітопроводів, виготовлених з аморфних і нанокристалічних сплавів на основі системи Fe-Si-B.
2 Теоретичні дані
Напрям та величина змін температури кристалізації, електричного опору, температури Кюрі, інших магнітних характеристик АМС під дією цих видів радіації істотно залежить від їх хімічних складів. Більш неоднозначними є літературні дані, що стосуються впливу електронного і γ-опромінення на структуру та властивості АМС. Обмаль робіт, присвячених впливу γ-опромінення на магнітні властивості аморфних феромагнетиків, а вплив електронного не досліджено зовсім. Відсутні також дані, що стосуються дослідження цих видів іонізуючої радіації на структуру і властивості нанокристалічних металевих сплавів.
На цій основі сформульована постановка задачі дослідження: дослідити вплив електронного і γ-опромінення на структуру та магнітні властивості аморфних та вплив γ-опромінення на магнітні властивості нанокристалічних сплавів на основі системи Fe-Si-B. Визначені конкретні експериментальні завдання.
Отримані результати є важливими як з точки зору фундаментальної науки, так і прикладної. Результати досліджень можуть бути використані в технології виготовлення магнітопроводів індуктивних елементів для керування їхніми характеристиками шляхом здійснення радіаційних обробок, а також для прогнозування змін характеристик аморфних і нанокристалічних сплавів, особливо, змін магнітних характеристик осердь індуктивних елементів, що виготовлені з цих матеріалів при їх експлуатації в реальних умовах радіаційної дії.
3 Експериментальні методи обробки результатів досліджень
Об’єктами дослідження були аморфні сплави (MG-сплави) двох базових систем Fe-Si6B14-(Ni, Mo) і Fe-Si2B16-(Ni, Mo), та нанокристалічні сплави (FM‑сплави) – Fe‑Si-B-Cu-Nb-Co. Хімічний склад (в ат. %) сплавів наведено в табл. 1.
Таблиця. 1
| Сплав | Fe | Si | B | Ni | Mo | Сплав | Fe | Si | B | Cu | Nb | Co |
| MG-1 | 80 | 6 | 14 | FM-1 | 73,5 | 13,5 | 9 | 1 | 3 | |||
| MG-2 | 76,2 | 6 | 14 | 3,8 | FM-2 | 73 | 15,8 | 7,2 | 1 | 3 | ||
| MG-3 | 78,5 | 6 | 14 | 1 | 0,5 | FM-6 | 73,6 | 15,8 | 7,2 | 1 | 2,4 | |
| MG-5 | 82 | 2 | 16 | FM-9 | 72,2 | 16,6 | 6,4 | 1 | 2,25 | 1,55 | ||
| MG-6 | 78 | 2 | 16 | 1 | 3 | FM-10 | 71,25 | 16,4 | 7,7 | 1 | 2,1 | 1,55 |
| MG-7 | 77,5 | 2 | 16 | 3,5 | 1 | FM-11 | 70,05 | 16,4 | 9 | 1 | 2 | 1,55 |
| MG-8 | 75,5 | 2 | 16 | 3,5 | 3 | FM-12 | 71,8 | 17,3 | 6,4 | 1 | 1,95 | 1,55 |
Аморфні сплави отримувались методом спінінгування (надшвидкого охолодження розплаву) у вигляді тонких стрічок. Товщини стрічок, залежно від хімічного складу, становили від 20 до 38 мкм. Досліджувались як вихідні (не відпалені), так і відпалені в оптимальному, з точки зору магнітних властивостей, режимі (Т = 420 0С, t = 15 хв) MG-сплави. FM-сплави отримувались шляхом проведення термообробки вихідних аморфних стрічок при Т = 520, 535 0С протягом 0,5, 1 год. Нанокристалічні сплави являють собою однорідну аморфно-кристалічну структуру з розміром зерен близько 10 нм і часткою кристалічної фази близько 80 %. Зразки опромінювались електронами з енергією 1 МеВ (інтенсивність φе ≈ 1013 ел/(cм2с)) на ЛПЕ “Аргус” в ІФ НАН України, а також g‑квантами 60Со (φγ ≈ 1011 і 1012gкв/(см2с)) на установці MPX-g-25M в ІФ НАН України.
Вимірювання структурного фактора і частки кристалічної фази в MG-сплавах проводилось рентгено-дифракційним методом на дифрактометрі ДРОН-3. Температура Кюрі і температура кристалізації цих матеріалів визначались з термомагнітограм, що знімалися на вібромагнітометрі LDJ MODEL 9000-9500. Індукційно-безперервним методом та методом визначення фактора індуктивності проводились вимірювання магнітних характеристик (магнітної проникності μ, півширини динамічної петлі гістерезису Hc, індукції насичення Bs) кільцевидних магнітопроводів, виготовлених із MG- і FM-сплавів.представлено результати впливу електронного та γ-опромінення на структурний фактор вихідних (не відпалених) сплавів на основі Fe-Si-B, впливу електронного опромінення на температуру Кюрі та температуру кристалізації цих матеріалів та впливу електронного опромінення при кімнатній температурі на зміну частки кристалічної фази в аморфно-кристалічному сплаві Fe80Si6B14.
Часткова кристалізація аморфного сплаву Fe80Si6B14 здійснювалась шляхом проведення ізотермічних обробок зразків при температурі 420 0С протягом 0,25 – 10 год. При цьому в аморфній матриці сплаву утворювались кристали, що займали до 11 об. %. Після електронного опромінення (Ф = 1017 ел/см2 Тзр ≤ 70 0С) частка кристалічної фази ХС в усіх цих зразках збільшилась. Привнесені опроміненням зміни ХС виявились пропорційними до наявної частки кристалічної фази в зразках перед радіаційною обробкою. Відносна зміна частки кристалічної фази для всіх зразків є приблизно однаковою і становить 32 – 36 %. На цій основі показано, що радіаційно-стимульована кристалізація проходить за механізмом росту вже існуючих кристалів.