CC BY
95
Я 2
ской диффузии т =------, ( X - коэффициент темпера-
X
туропроводности).
При выполнении условия / < т процесс изменения температуры можно считать адиабатическим, а температуру в окрестности отверстия определить через протекающий ток:
Т =■
12
h 2 cpCr2
При t = т температура считается по формуле:
T =
12 R2
h 2cpC%r2
Энергия тепловыделения, достаточная для плавления проводника в зоне отверстия, пропорциональна квадрату критического тока:
ТплРСХ
q пл =■
и при г = Я достигает максимальной величины.
Таким образом, как электромагнитная энергия, так и тепловая, локализуясь вокруг отверстия, создают благоприятные условия для его разрушения. Основными факторами нарушения сплошности проводника, кроме физических его постоянных, являются размер отверстия и огибающий электрический ток. Экспериментальные оценки по этой взаимосвязи приводятся в работе [2].
ЛИТЕРАТУРА
В этом случае критический ток, достаточный для плавления кромки отверстия, определяется из последнего выражения (при г = Я и Т = Тпл) следующим образом:
Ik =
д/Тпл h 2ОРСХ
Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.
Барышев Г.А. и др. Действие импульсного электрического поля на малолегированные стали вблизи отверстий и неметаллических включений // Физика и химия обработки материалов. 1980. №4. С. 12-17.
Головин Ю.И., Иванов В.М., Киперман В.А. Механизмы разрушения металлов с трещинами под действием электромагнитного поля // Физика и химия обработки материалов. 1983. № 6. С. 64-70.
2
Г
t
УДК 621.3.4:537
ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ
© В.М. Иванов, В.П. Иванов, В.Ф. Калинин, Е.А. Печагин
Россия, Тамбов, Государственный технический университет
Ivanov V.M., Ivanov V.P., Kalinin V.F., Pechagin E.A. The electronic and optical method of analysis of serviceability of magnetic systems. Using the method of moire pictures obtained by means of electronic microscopy allows examining the topography of a magnetic field of any configuration. The suggested method of observation of leakage magnetic fields with the aid of electronic and optical moire allows comparing their distortions on different objects and calculating the tensities of these fields.
Наличие электрических и магнитных полей может быть обнаружено по силовым признакам, а их интенсивность - по распределению силовых линий в пространстве. Последние определяются или аналитически (решением дифференциальных уравнений теории поля), или экспериментально с помощью вспомогательных объектов и устройств [1].
При расчете и моделировании магнитных полей малой протяженности часто не учитываются геометрические и физические особенности объекта, связанные с его физикохимической предысторией. Например, состояние материала сердечника и способ обработки зазора магнитозаписывающей головки, приемы полировки рабочей поверхности, термообработка материала магнитопровода существенно влияют на картину распределения магнитных полей.
Метод муаровых картин, полученных средствами электронной микроскопии, позволяет визуализировать топологию исследуемого магнитного поля рассеяния и установить связь напряженности с особенностями изучаемого объекта [1, 2]. Обработка муаровых изображений осуществлялась путем измерения линейных и угловых перемещений пучка электронов, вызванных воздействием изучаемого поля [3].
Наибольшее распространение в аппаратуре магнитной записи получили магнитные головки кольцевого типа. Для осуществления многодорожечной записи головки, разделенные электромагнитными экранами, объединяются в блоки. В экспериментах использовались блоки магнитных головок (годный и бракованный), имеющие по 6 записывающих и воспроизводящих головок.
Рис. 1. Схема эксперимента: Ф - фокус; С - сетка; В - блок головок; Э - экран
Рис. 2. Распределение составляющей поля НХХ) на расстоянии у = а1 от рабочей поверхности записывающей головки
Опыты по получению муаровых картин магнитных полей рассеяния блока магнитных головок проводились на электронографе ЭГ-100 А. Расположение объекта в колонне электронографа показано на рис. 1. Поток электронов проходит через сетку с прямоугольными ячейками 8• 10-5 х 8-10-5 м и скользит по поверхности головки, в зазоре которой возбуждается магнитное поле. Наложение искаженного и эталонного изображе-
ний сетки дает муаровый узор, являющийся картиной силового распределения исследуемого поля.
Работа магнитной головки может быть оценена по статическому магнитному полю, которое образуется в районе рабочего зазора при подключении ее обмотки к источнику постоянного тока. При расчете этого поля предполагаем, что магнитная проницаемость сердечника равна бесконечности, а длина рабочей поверхности головки значительно больше ширины рабочего зазора.
Для расчета поля рассеяния воспользуемся одним из уравнений теории поля:
дх
дх
= 0.
(1)
Роль нормальной составляющей Нх в процессе записи незначительна и ею можно пренебречь, так как намагничивание рабочего слоя носителя в перпендикулярном (по осиХ) направлении затруднено.
Расчеты поля рассеяния головки дают следующие выражения для составляющей напряженности поля по оси 7 [4]:
С
2
1 -
5
2а
"51
2а
~5!
(2)
Для упрощения расчетов форму полюсов головки у рабочего зазора обычно принимают идеально прямоугольной. У реальных головок грани закруглены и деформированы. При записи с насыщением носителя магнитная индукция в сердечнике, в особенности при использовании носителя с высокой коэрцитивной силой, настолько велика, что часть сердечника около рабочего зазора также доходит до насыщения. Как и закругление граней при обработке, это приводит к уменьшению проницаемости. Влияние данных факторов на продольную составляющую поля Нх учитывается эмпирической формулой, представляющей собой модификацию уравнения (2):
(
Нх (х) = Нт п
1+-
2х
1
2х
Л
аг^
- + aгctg
2а Н 2а, Нт
2а1 . Нт _к + т
(3)
где параметром служит соотношение
а
5!
Нт
+
2Н„
а1 - расстояние от рабочей поверхности
сердечника; 5^ - ширина рабочего зазора; Нт - напряженность поля в зазоре, необходимая для записи; Нт!1 -максимально возможная напряженность поля зазора.
Расчеты статического поля головки показывают, что его напряженность существенно зависит от радиуса закругления рабочего зазора р, его ширины 5Я расстояния от поверхности головки а, насыщения сердечника около рабочего зазора. Реальная поверхность рабочей части головки всегда отделена от поверхности магнит-
а
б)
Рис. 3. Электронно-оптические муаровые картины магнитного поля рассеяния смежных головок блока при и = 5 В, / = 60 Гц: а) годные; б) бракованные. х 100
б)
Рис. 4. Электронно-оптические картины магнитного поля рассеяния головки при и = 5 В; f = 60 Гц: а) годная; б) бракованная. х500
ной ленты расстоянием около 1 • 10-6 м, а ширина рабочего зазора современных головок не превышает 3-10-6 м, поэтому конфигурацию поля в районе рабочего зазора можно считать близкой к колоколообразной.
Протяженность поля определяет область намагничивания носителя, т. е. разрешающую способность записи, которая всегда больше ширины рабочего зазора и зависит от р и а, увеличиваясь с уменьшением р/5^ и а!Ъ$. Кроме этого, физико-химическая предыстория материала сердечника существенно влияет на распределение поля реальных головок, поскольку от этого зависит, насколько перпендикулярно к рабочей поверхности в зоне контакта с носителем выходят силовые линии из сердечника. Например, при ц < 30 силовые линии выходят из сердечника не перпендикулярно к его рабочей поверхности, поэтому разрешающая способность головки уменьшается. Данный вывод подтверждает распределение продольной составляющей поля НЛ?) на рис. 2.
Для осуществления многодорожечной записи головки объединяются в блоки. Поперечная плотность записи исследуемого блока невелика и не превышает 2 дорожки на 1-10-3 м. Это связано с тем, что между каждыми соседними сердечниками должны располагаться объемные обмотки и экраны.
Контроль всех 12-ти головок блока осуществлялся при расположении его в колонне электронографа таким образом, как это показано на схеме эксперимента, рис. 1. В этом случае пучок электронов будет реагировать лишь на нормальную составляющую магнитного поля рассеяния головки, которая является показателем перпендикулярности выхода силовых линий из сердечника в области рабочей поверхности. Следовательно, по величине нормальной составляющей магнитного поля рассеяния, влияющей на появление муарового узора, также можно судить о качестве и разрешающей способности записи.
На рис. 3 представлены групповые муаровые картины магнитных полей нескольких головок на годном и бракованном блоках, из которых следует, что соседние магнитные поля сильно действуют друг на друга, в результате чего их протяженность резко уменьшается.
На рис. 4 показаны электроннооптические муаровые картины годной и бракованной магнитной головки у поверхности рабочего зазора. На снимках видно, что: 1) магнитные поля годных головок обладают осевой симметрией, в то время как у бракованных эта симметрия нарушена; 2) магнитные поля годных головок практически не имеют искажений, а бракованных -имеют явные искажения; 3) протяженность магнитного поля годных головок практически в 1,5 раза больше протяженности полей бракованных головок. Эти отклонения в бракованном блоке обусловлены нарушением технологического процесса при сборке. В частности, при многократном увеличении картин исследуемых блоков можно отметить, что ширина рабочего зазора у бракованных головок значительно превышает ширину рабочего зазора у годных головок, рабочая поверхность бракованных головок не идеальна из-за имеющихся больших забоин и царапин. Все это дополнительно вносит искажения в конфигурацию магнитных полей.
Предложенная методика электроннооптического муара позволяет наблюдать топографию магнитных полей
рассеяния серийно выпускаемых радиоэлектронных изделий. Установлено, что возможной причиной брака может быть: некачественная обработка материала сердечника, неидеальность поверхности, царапины и плохое совмещение полублоков при сборке.
Полученные муаровые картины магнитных полей рассеяния и их обработка облегчают расчет и анализ реальных полей, контролируемых при производстве и наладке устройств в радиоэлектронике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Печагин Е.А., Калинин В.Ф., Иванов В.М., Иванов В.П. Измерение магнитных полей рассеяния с помощью электроннооптического муара // Тр. ТГТУ. Тамбов, 1998. Т. 2. С. 206-212.
2. Головин Ю.И., Иванов В.М., Иванов В. П., Финкель В.М. Магнитное поле в трещине, обтекаемой током // Дефектоскопия. 1982. Т. 3. С. 43-48.
3. Дюрелли А., Паркс В. Анализ деформации с использованием муара. М.: Мир, 1974. 356 с.
4. Siakkou M. Phusik der Informationspeicher. Berlin: Akademi-Verlag. 1972. 217 с.
УДК 621.762
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ СПЕКАНИЯ ВЫСОКОКОЭРЦИТИВНЫХ ПОРОШКОВЫХ МАГНИТОВ НА ПРОЦЕСС ФОРМИРОВАНИЯ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
© Ю.А. Брусенцов, В.П. Шелохвостов
Россия, Тамбов, Государственный технический университет
Brusentsov Yu.A., Shelokhvostov V.P. The influence of baking regimes of high-coerciv magnets on the formation-rocess of their technological and magnetic characteristics. The technique of baking powder magnets for getting maximum magnetic characteristics is suggested. Optimal temperatures of baking and heating velocities are determined.
Важнейшими элементами многих устройств автоматики, электроники, приборостроения, электро- и радиотехники являются детали, изготовленные из магнитотвердых материалов. Наибольшее распространение получили магнитотвердые материалы с повышенными значениями коэрцитивной силы (40 - 150 кА/м) и удельной магнитной энергии (3,6 - 40 кДж/м3). Особое место в этой группе занимают железоникельалюми-ниевые сплавы. Их относят к классу прецизионных сплавов, так как даже незначительные отклонения в технологии их получения и термической обработке могут привести как к значительному ухудшению, так и улучшению магнитных характеристик.
Известно [1], что достижение максимальных магнитных свойств связано с формированием определенной структуры, состоящей из парамагнитной матрицы и выделений однодоменных частиц высококоэрцитивной фазы. Для получения такой структуры, кроме термической обработки, применяют легирование кремнием, титаном, а также увеличивают содержание кобальта в сплаве. Однако это приводит к снижению механических и технологических свойств литых магнитов. Так, твердость их аналогична твердости большинства закаленных сталей, а брак при шлифовании даже при работе на «мягких» режимах достигает 30 % [2].
Применение порошковой технологии позволяет улучшить обрабатываемость магнитов при сохранении высоких магнитных свойств.
Формирование основных магнитных характеристик происходит на этапах спекания, термомагнитной обработки и многоступенчатого отпуска. Несмотря на то, что технология получения металлокерамических магнитов достаточно хорошо изучена, до настоящего времени проводятся исследования, которые позволяют утверждать, что за счет нетрадиционных подходов к
методике проведения спекания и термообработки можно улучшить их основные магнитные характеристики. Наиболее ответственным является процесс формирования оптимальной структуры при спекании. Одним из главных условий получения высоких магнитных характеристик металлокерамических постоянных магнитов является создание физической и химической неоднородности структуры в процессе спекания.
В работе рассматривается возможность повышения коэрцитивной силы и удельной магнитной энергии порошковых магнитов путем изменения режима их спекания.
Характерной особенностью, осложняющей процесс спекания сплавов этого класса, является очень узкий интервал высокотемпературного существования а-фазы ( ~50°), (рис. 1).
Для сохранения концентрационной неоднородности с целью последующего выделения высококоэрцитивной а'-фазы, режим спекания осуществляют на нижнем температурном интервале существования а-фазы.
Однако проведенные микроструктурные исследования показывают, что при кратковременных выдержках (до 1 часа) при спекании процесс формирования зеренной структуры не завершается. Поэтому для интенсификации процесса гомогенизации требуются длительные выдержки, а также увеличение скорости нагрева в диапазоне от 1150 °С до 1300-1350° С. Это приводит к ускорению процесса образования центров кристаллизации, а выделяющиеся при термомагнитной обработке частицы ферромагнитной а'-фазы имеют малую анизотропию формы и их количество не позволяет получать высокие значения коэрцитивной силы.
Разработанная нами методика спекания порошкового сплава предполагает очень медленный (~10 °/час)
