Transcript 10_jarmuanyagok_ferromagneses_anyagok - BME

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar
Gépjárművek és Járműgyártás Tanszék
Ferromágneses anyagok
(Járműanyagok c. Bs.C. tárgy)
Készítette:
Bán Krisztián
Budapest, 2013
I. Anyag viselkedése mágneses térben
Maxwell egyenlete:
B= μ0H+M
M=M(H)
B=μH
μ=μ(H)
μr 
μ
μ0
M= μ0H
B=μ0(1+)H
μr= 1+
H: mágneses térerősség vektora:
B: indukció vektor:
M: mágnesezettség vektora:
μ: permeabilitás:
μ0: vákuum permeabilitása:
μr: relatív permeabilitás:
(A/m),
(Vs/m2),
(Vs/m2),
(Vs/Am),
(Vs/Am),
dimenzió nélküli mennyiség.
I. Anyag viselkedése mágneses térben
1. Diamágneses anyagok
2. Paramágneses anyagok
3. Ferromágneses anyagok
(Guy)
I. Anyag viselkedése mágneses térben
(Varga)
I. Anyag viselkedése mágneses térben
Bs
Wm 
 HdB

WH  HdB
I. Anyag viselkedése mágneses térben
I. Anyag viselkedése mágneses térben
I. Anyag viselkedése mágneses térben
I. Anyag viselkedése mágneses térben
I. Anyag viselkedése mágneses térben
II. A ferromágneseség atomi szinten
Elektronok:
• pályamágneses momentuma,
• saját mágneses momentuma → spinkompenzálatlan
elektronok → lezáratlan d vagy f alhéj.
Egysége a Bohr-magneton, jelölése: μB.
(Kittel)
II. A ferromágneseség atomi szinten
Kicserélődés jelensége:
Kötött elektronok:
Heisenberg modell: EHeis= –2Jexs1s2
Szabad elektron elmélet:
1. ábra A kicserélődési felhasadás jelensége: (a) a felhasadás ellenére átfedés van a két energiasáv között, (b) a
nagyobb kicserélődési felhasadás.
(Jiles)
II. A ferromágneseség atomi szinten
Átlagos atomtávolságok hatása:
Befolyásoló tényezők:
•fázisátalakulás, allotróp módosulatok,
•belső fezsültségek: rácshibák, hőkezelés,
intersztíciós oldódás,
•…
(Holics)
2. ábra A Bethe–Slater görbe,
mely megadja a kicserélődési integrál (J) értékét az atomok közötti távolság (a) és a d héj sugarának (d) függvényében.
II. A ferromágneseség atomi szinten
Példa:
(Novák)
II. A ferromágneseség atomi szinten
Ötvözés hatása:
Fig. 1. The Slater–Pauling curve which gives the net magnetic moment per
atom as a function of the number of 3d electrons per atom.
II. A ferromágneseség atomi szinten
A hőmérséklet hatása:
 μ 0 mα M s 
M s  NmB J 

 k BT 
Direkt hatás:
 μ 0 mα M s 
M s  Nm  th

 k BT 
3. ábra A spontán mágnesezettség
alakulása a hőmérséklet függvényében vas, kobalt és nikkel egy doménjén belül.
(Jiles)
Indirekt hatás: szerkezeti tulajdonságokon keresztül
III. Doménszerkezet:
(Kittel)
III. Doménszerkezet:
Felmágnesezés, doménfal mozgása:
(Kittel)
IV. Ferromágneses anyagok:
(McHenry)
A telítési indukció és a relatív permeabilitás kapcsolata különböző
lágymágneses anyagcsaládokban.
IV. Ferromágneses anyagok:
(???)
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
Mikroszerkezet, szemcseméret hatása:
(Herzer)
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
(Mészáros István)
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
Hőkezelések:
• feszültségmentesítés,
• mágnesteres hőkezelés.
4
o
hőkezelési hőmérséklet [ C]:
as quench
as quench-LN
o
250 C
o
250 C-LN
o
300 C
o
300 C-LN
Fe 40 Ni40 Si6 B 14
m .10
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
H [A/m]
6. ábra Nanokristályos FINEMET ötvözet
DC mágnesezési görbéje mágnesteres hő(Varga)
kezelés után.
8. ábra A permeabilitás térerő függése
különböző
hőmérsékleten
hőkezelt
Fe40Ni40Si6B14 minták esetében.
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
Nanokristályos vasmaganyagok gyártása:
A termodinamikai állapotjelzők és a fajtérfogat
sematikus ábrázolása az üvegátalakulás során két
különböző hűtési sebességgel előállított üveg
esetében.
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
Nanokristályos vasmaganyagok gyártása:
1,5
1,0
2
B (T)
0,5
1
0,0
-0,5
3
-1,0
(Varga)
-1,5
-400
-200
0
200
400
H (A/m )
4. ábra FINEMET típusú ötvözet mágnesezési görbéje 5kHz-en mérve. 1– hőkezeletlen
minta, 2– 400°C-on 1 óráig hőkezelt minta, 3– 520°C-on 1 óráig hőkezelt minta.
V. A mágneses tulajdonságok módosítása:
A szerkezeti relaxáció hatása:
A termodinamikai állapotjelzők és a
fajtérfogat sematikus ábrázolása az
üvegátalakulás során két különböző
hűtési sebességgel előállított üveg
esetében.
Pl. a TC változása:
Izoterm hőkezelés hatása Fe80B20 fémüveg
Curie-hőmérsékletére.
A termomágneses görbe
Szuszceptibilitás (relatív egység)
A termomágneses görbe kiértékelése:
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100 150 200 250 300 350 400 450
Hőmérséklet (°C)
16. ábra Hidegen hengerelt kristályos nikkel lemez termomágneses görbéje, és a Curie-hőmérséklet meghatározásához használt segédvonalak.
Lágymágneses anyagok
Lágymágneses anyagok
Fe–Si ötvözetek:
- nagy telítés,
- nagyobb veszteség → kis frekvencia,
- trafólemez.
Lágymágneses anyagok
Fe–Ni ötvözetek: Permalloy, Magneperm, Mumetal, Supermalloy
- nagy fajlagos ellenállás,
- kis magnetostrikció,
- kis anizotrópia → nagy relatív permeabilitás,
- tekercsvasmagok, transzformátorok, nagyobb frekv. alkalmazások.
Lágymágneses anyagok
Fe–Co ötvözetek: Permendur, Hiperco és Supermendur
- nagy telítési indukció → elektromágnesek (egyenáramú), beavatkozók.
Amorf ötvözetek:
- kis koercitív erő → kis hiszterézisveszteség,
- nagy permeabilitás,
- nagy fajlagos ellenállás,
- kisebb Curie-pont,
- nagy fluxussűrűség, nagyobb vasveszteség,
- kis telítési indukció → inkább nanokristályos anyagok,
- nanokristályos szalagok kiinduló anyaga.
Nanokristályos ötvözetek:
- 10–15 nm, esetleg részleges amorf hányad,
- kis koercitív erő → kis hiszterézisveszteség,
- nagy permeabilitás,
- nagy fajlagos ellenállás,
- nagyobb telítési indukció,
- nagyobb frekvencia, kisebb teljesítmény,
- zavarszűrők, kapcsolóüzemű tápegységek
Lágy ferritek:
- porkohászati kerámiák,
- szigetelőanyagok → nagy frekvenciára jó,
- a frekvenciával egy határértékig nem
változik a permeabilitás,
- kis telítési indukció,
- zavarszűrő, híradástechnika, rúdantenna,
szélessávú jel transzformátor
Keménymágneses anyagok