مشخصات

عنوان:

تاثیر عملیات حرارتی بر خواص مغناطیسی آلیاژهای آمورف پایه آهن و کبالت



گروه تخصصی:  فنی و مهندسی

سازمان مجری:  پژوهشکده توسعه تکنولوژی 

گروه پژوهشی: فنی و مهندسی

پژوهشگران: 
جزایری قره باغ علی (مسئول طرح)
رضایی محمدرضا (همکار طرح)
آرونی حصاری حمید (همکار طرح)
کیانی مهدی (همکار طرح)
بینش بهزاد (همکار طرح)
بختیاری رضا (همکار طرح)
میرزایی سیما (همکار طرح)

تاریخ خاتمه:  شهریور 1389

کارفرما: 

خروجی طرح: 
 
تلفن: 66043905-021

نشانی سازمان مجری: تهران، خیابان آزادی ضلع شمالی دانشگاه صنعتی شریف خیابان شهید قاسمی، پلاک 79 صندوق پستی: 686-13445
 

چکیده:

آلیاژهای مغناطیسی آمورف پایه آهن و کبالت حاوی عناصر شبه فلزی B و Si به لحاظ داشتن خواص نرم مغناطیسی برجسته نظیر نیروی پسماندزدایی (HC) خیلی پایین و نفوذپذیری مغناطیسی (m) بسیار بالا، کاربردهای گسترده ای را در هسته ترانسفورماتورها، حسگرهای مغناطیسی و غیره پیدا کرده اند.
روش تولید آلیاژهای آمورف فناوری انجمادسریع می باشد. در این فرآیند بدلیل سرد شدن سریع مذاب، اتمها فرصت لازم جهت تشکیل شبکه بلوری پایدار را نداشته و ساختار اتمی با نظم کم دامنه ای (آمورف) را تشکیل می دهند که از لحاظ ترمودینامیکی حالت پایدار ماده محسوب نشده و با عملیات حرارتی می توان ساختارهای پایدارتری را ایجاد نمود. علاوه بر این، عملیات حرارتی با حذف تنش های پسماند ناشی از فرآیند انجماد سریع و یا با ایجاد ریزساختار نانوبلوری و غیره، باعث کاهش
HC و افزایش m شده و در نتیجه باعث بهبود خواص نرم مغناطیسی ماده می شود.
در تحقیق حاضر تاثیر عملیات حرارتی بر خواص مغناطیسی آلیاژهای آمورف پایه کبالت و آهن مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.
در فاز آزمایشگاهی این تحقیق ابتدا شمش های آلیاژی پایه کبالت Co68.15Fe4.35Si12.5B15 (با نام تجاری Unitika) و پایه آهن Fe78Si9B13 (با (نام تجاری 2605S2 Metglas) و Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3 با نام تجاری Finemet) به وزن 50 گرم با استفاده از عناصر با خلوص بالا به روش ذوب القایی تحت گاز آرگن تولید شدند. سپس نوارهای آمورف CoFeSiB با ضخامت 20 میکرومتر و پهنای 2 میلیمتر به روش ریخته ریسی نوارهای عریض و نوارهای آمورف FeSiB با ضخامت 26 میکرومتر و پهنای 0.88 میلیمتر و نوارهای آمورف FeSiBCuNb با ضخامت 25 میکرومتر و پهنای 0.8 میلیمتر به روش مذاب ریسی با دیسک مبرد تهیه شدند. بعد از تایید آمورف بودن ریزساختار هر سه نوار انجمادسریع یافته به روش پراش اشعه ایکس (XRD)، دمای تبلور هر سه نوار به روشهای آنالیز حرارتی تفاضلی (DTA) و کالری متری روبشی تفاضلی (DSC) تعیین شدند.
شرایط عملیات حرارتی آلیاژهای آمورف مذکور با توجه به دمای تبلور آنها و اهداف مورد نظر از عملیات حرارتی انتخاب شده و پس از تهیه نمونه های حلقوی شکل، نوارها تحت عملیات حرارتی در دماها و زمان های مختلف قرار گرفتند. بررسی خواص مغناطیسی آلیاژها در دو حالت آمورف و عملیات حرارتی شده به کمک دستگاه پسماند نگار
(Hysteresisgraph) نشان داد که در اثر عملیات حرارتی نیروی پسماند زدای آلیاژها کاهش و نفوذپذیری مغناطیسی آنها افزایش یافته است. بطور مثال در آلیاژ نانوکریستالین Finemet با انجام عملیات حرارتی در دمای 560oC به مدت 1 ساعت، خواص مغناطیسی قابل مقایسه با مشابه خارجی آنها از جمله نیروی پسماندزدای برابر با 2.6 A/m و القا اشباع برابر با 1200mT و نفوذپذیری ماکزیمم بیش از 105 بدست آمد.



کلیدواژگان: CoFeSiB، FeSiB، FeSiBCuNb، آمورف، نانوکریستالین، آلیاژهای مغناطیسی، انجماد سریع، مذاب ریسی

 
 
Title:

The Effect of Heat Treatment on Magnetic properties of Fe-based and Co-based amorphous Alloys



Abstract:

Amorphous magnetic Fe- and Co-based alloys containing Si and B owing to their outstanding soft magnetic properties, i.e. very low coercive force and very high permeability, have found extensive applications in transformer cores and magnetic sensors.
Amorphous magnetic alloys are produced by rapid solidification technology In this process, atoms do not have enough time to form a stable crystal lattice and create an amorphous structure which is not a stable state of a material from thermodynamical point of view. The amorphous phase can be transformed to a stable structure by heat treatment.
In addition, heat treatment through the elimination of residual stresses resulted from rapid solidification processing and/or the formation of nanocrystallized structure leads to a decrease in coercive force and an increase in permeability, and so an improvement in the soft magnetic properties.
In present research, the effects of heat treatment were studied on magnetic properties of amorphous rapidly solidified Fe- and Co-based alloys. Co68.15Fe4.35Si12.5B15 (Unitika), Fe78Si9B13 (matglas 2826S2) and Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3 (Finemet) alloy buttons were produced by induction melting of pure elements under an argon atmosphere. Amorphous ribbons of CoFeSiB with a thickness and width of 20?m and 2mm, respectively, were prepared by planar flow casting method, and also, FeSiB ribbons having 26
mm thickness and 0.88mm width, along with FeSiBCuNb ribbons having 25 mm thickness and 0.8mm width were produced by chill block melt spinning process. The as-cast structure of all three ribbons were found to be amorphous by XRD and their crystallization temperatures were determined by DTA and DSC.
Heat treatment conditions of the ribbons were chosen by taking into consideration the crystallization temperature of the alloys and the expecting goal from heat treatment. The results of magnetic measurements on the ribbons in the amorphous and heat treated conditions indicated a significant decrease in coercive force and an extensive increase in permeability, as a result of applying heat treatment. For example, in the nanocrystalline Finemet-type alloy, the obtained magnetic properties for melt-spun ribbons heat treated at 560oC for 1h, i.e. coercive force of 2.6A/m, saturation induction of 1200mT and maximum permeability of higher than 105, are comparable to the values stated in the literature.



Keyword(s): CoFeSiB, FeSiB, FeSiBCuNb, Amorphous, Nanocrystalline, Magnetic Alloys, Rapid Solidification, Melt Spinning