CC BY
49
ся. Тепловая мощность будет повышаться пропорционально Дк2, и относительные потери в электромагнитной катушке (Ркат./Рреакт.) с ростом мощности реактора и его диаметра будут уменьшаться [3, 5]. Если же с ростом диаметра камеры реактора будет увеличиваться и магнитная индукция, то при этом потери мощности в катушке возрастут пропорционально Дк3, а относительные потери останутся неизменными (~1%). Следовательно, магнитные поля можно применять для управления термическими зонами реактора [7, 9].
В электродуговой зоне при B ~ const и 1д ~ Дк2 силы, движущие дугу вокруг анода F = BIд, пропорциональны Дк2, им равны и силы сопротивления движению Fconj,. ~ Дк2, и сила упругости F^. ~ 1д ~ Дк2. Но поскольку интенсивность закручивания дуг определяется этими же силами и все они изменяются одинаково при изменении диаметра камеры, то можно считать, что при этих условиях закру-ченность дуговых столбов с изменением Дк остается постоянной.
Из вышесказанного следует важный вывод: в дуговых реакторах совмещенного типа при B ~ const и 1д / Дк2 ~ const число витков закручивания дуг не изменяется:
ю ~ const (16)
Литература
1. Грязнов Н.С. Пиролиз углей в процессе коксования. - М.: Металлургия, 1983. - 184 с.
2. Буянтуев С.Л., Старинский И.В. Патент РФ №2314996. Способ получения активированного угля и способ для его осуществления. Опубликован 20.01.2008. - БИ. - №2.
3. Сергеев П.В. Электрическая дуга в электродуговых реакторах. - Алма-Ата: Наука, 1978. - 140 с.
4. Брон О.Б. Движение электрической дуги в магнитном поле // Электричество. - 1966. - №7. - С. 76-81.
5. Захаркин Р.Я. Коаксиальный плазматрон с внешним и внутренним соленоидом // Физика, техника и применение низкотемпературной плазмы. - Алма-Ата: Наука, 1970. - С. 431-435.
6. Сергеев П.В., Шепель Г.А. К определению плотности тока электродных пятен электрической дуги // Инженерно-физический журн. - 1967. - T.XIII. - №2. - С. 436-441.
7. Характеристики электродугового реактора коаксиального типа, предназначенного для термической переработки пылей / Ш.Ш. Ибраев и др. // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. - Алма-Ата: Наука, 1979. - Вып.11. - С. 135-142.
8. Сергеев П.В., Шепель Г.А., Габбасова Р.З. Об анодной плотности тока электрической дуги с угольными электродами // Инженерно-физический журн. - 1967. - T.XII. - №5. - С. 237-243.
9. О несущей способности дуги, горящей в коаксиальном нагревателе / П.В. Сергеев и др. // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. - Алма-Ата: Наука, 1975. - Вып. 10. - С. 27-32.
Буянтуев Сергей Лубсанович, доктор технических наук, профессор, кафедра «Электрические сети промышленных предприятий и сельского хозяйства», Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, e-mail:buyantuevsl@mail.ru
Кондратенко Анатолий Сергеевич, аспирант, кафедра машиноведения, Бурятский государственный университет, e-mail:cubanit@yandex.ru
Buyantuev Sergey Lubsanovich, doctor of technical sciences, professor, Department of Electrical Network of Industries and Agriculture, East-Siberian State University of Technologies and Managrment, 670013, Ulan-Ude, Zherdev Str., 35-145, e-mail:buyantuevsl@mail.ru
Kondratenko Anatoly Sergeevich, postgraduate student, Department of Engineering Science, Buryat State University, 670009, Ulan-Ude, settlement Zelyony, 13-1, e-mail:cubanit@yandex.ru
УДК 539.216.2:539.213.2:539.2 © А.Л. Семенов, А.А. Гаврилюк, Е.А. Голыгин,
А.Ю. Моховиков, А.Р. Гафаров, Н.В. Морозова, Ю.В. Пузанков
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ ЛЕНТ FeCoCrSiB И FeCoB
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№11-08-00362-а и №12-08-31476 мол_а)
Проведено исследование влияния режимов предварительных термомагнитных обработок и процесса термоциклирования на динамические магнитные характеристики наноструктурированных металлических лент различных составов. Показано, что исследуемые ленты демонстрируют принципиально различное поведение
динамических магнитных характеристик от температуры нагрева и температуры термомагнитной обработки.
Ключевые слова: динамические магнитные свойства, быстрозакаленные металлические ленты, магнитная анизотропия, термоциклирование, магнитный гистерезис, магнитная доменная структура.
A.L. Semenov, A.A. Gavriliuk, E.A. Golygin,
A.Yu. Mokhovikov, A.R. Gafarov, N.V. Morozova, Yu.V. Puzankov
INFLUENCE OF THERMOCYCLING ON DYNAMIC MAGNETIC PROPERTIES OF FeCoCrSiB
AND FeCoB RAPID-QUENCHED RIBBONS
In the article the influence of pretreated thermomagnetic annealing modes and thermocycling on dynamic magnetic properties of nanostructural metallic ribbons has been researched. It has been revealed that the studied ribbons demonstrate principally different behavior of dynamic magnetic properties that depend on heating temperature and thermo-magnetic annealing temperature.
Keywords: dynamic magnetic properties, rapid-quenched metal ribbons, magnetic anisotropy, thermocycling, magnetic hysteresis, magnetic domain structure.
Быстрозакаленные металлические ленты на основе переходных металлов относятся к классу нано-структурированных магнитных материалов, свойства которых во многом определяются композиционным и топологическим атомным упорядочением. Одним из эффективных способов изменения ближнего и дальнего порядка в расположении атомов является проведение предварительной термомагнитной обработки при температуре большей, чем температура Кюри, но меньшей, чем температура их перехода в микрокристаллическое состояние [1].
В работе проведены исследования влияния режимов предварительных термомагнитных обработок и процесса термоциклирования на динамические магнитные характеристики наноструктурированных металлических лент составов Fe64Co2iBi5 и Fe67Coi0Cr3Sii5B5, полученных методом быстрой закалки из расплава. Образцы в виде полосок длиной 0,05 м, толщиной 25-30 мкм и шириной 0,001 м проходили предварительную обработку в вакууме 10-3 мм рт. ст. Температура обработки образцов Fe64Co21B15 изменялась в интервале от 250 до 350 °С, а образцов Fe67Co10Cr3Si15B5 - в интервале от 330 до 410 X. Время обработки - 20 мин. Постоянное магнитное поле, ориентированное перпендикулярно длине полосок, составляло 40 кА/м. Целью проведения термомагнитной обработки являлось снятие в лентах внутренних закалочных напряжений и наведение одноосной анизотропии с осью легкого намагничивания, перпендикулярной длине образца.
Влияние термоциклирования на динамические магнитные параметры металлических лент (коэрцитивную силу НС и остаточную индукцию Вг) исследовалось в интервале температур от 200 до 210, 250 и 290 X. Скорость линейного нагрева составляла 50оС/мин. Частота перемагничивающего поля -1000 Гц.
На рис. 1 приведены петли гистерезиса наноструктурированных лент состава Fe64Co21B15, прошедших предварительную термомагнитную обработку при 290 X при термоциклировании в интервалах 200-210 X и 200-290 X соответственно. Приведенные петли гистерезиса свидетельствуют о наличии у лент наведенной одноосной анизотропии при комнатных температурах. Увеличение температуры нагрева ленты до 210 X не приводит к разрушению наведенной анизотропии, хотя и увеличивает значение Br и НС. Последующее охлаждение ленты от 210 X до комнатной температуры не приводит к разрушению одноосной анизотропии. Иная ситуация возникает при нагреве ленты до 290 X. Нагрев до такой температуры приводит к резкому увеличению значений НС и Br, что свидетельствует о разрушении наведенной одноосной анизотропии и переходу к намагничиванию путем смещения доменных границ. При дальнейшем охлаждении до комнатных температур также наблюдается увеличение значений НС и Br, что связывается с процессами стабилизации доменной структуры в результате направленного упорядочения пар атомов Fe и Со. Похожее поведение петель гистерезиса при термоциклировании лент состава Fe64Co21B15 наблюдается для диапазона температур предварительной обработки от 250 до 330 X.
Рассмотрим характер изменения петель гистерезиса для лент состава Fe64Co21B15, прошедших предварительную термомагнитную обработку при Т1,г=350Х. При нагреве лент до 210 X в образцах сохраняется одноосная анизотропия, а процесс перестройки доменной структуры в магнитном поле осуществляется путем поворота намагниченности. Охлаждение лент от 210 до 20 X не приводит к
заметным изменениям в механизме перемагничивания ленты. Однако, в отличие от лент, прошедших предварительную термомагнитную обработку при меньших температурах (Трг<350 0С), нагрев до температуры 290 0С приводит лишь к незначительному увеличению НС и Вг. При этом наведенная одноосная анизотропия в исследованных лентах сохраняется, а последующее охлаждение ленты до комнатных температур приводит к увеличению коэрцитивной силы и остаточной индукции.
Из анализа зависимостей остаточной индукции Вг лент состава Fe64Co2lBl5 от температуры нагрева (остывания) образцов Ть, прошедших предварительную обработку при разных температурах Трг, следует, что температура нагрева, при которой происходит разрушение наведенной одноосной анизотропии, определяется температурой проведения термомагнитной обработки (чем выше температура термообработки, тем выше температура разрушения наведенной одноосной анизотропии). Однако температура, при которой происходит разрушение наведенной одноосной анизотропии, всегда ниже, чем температура проведения термомагнитной обработки. Разрушение наведенной одноосной анизотропии в исследуемых лентах сопровождается увеличением коэрцитивной силы и остаточной индукции лент, а также изменением механизма перемагничивания (переход от процесса вращения намагниченности к процессу смещения доменных границ). Охлаждение ленты от максимальной температуры нагрева до комнатной температуры также сопровождается ростом коэрцитивной силы и остаточной индукции, что связывается с процессами стабилизации доменных границ. В процессе второго цикла «нагрев-охлаждение» температурный гистерезис магнитных параметров, таких как Вг и НС, составляет не более 3%.
Рис. 1. Петли гистерезиса аморфных металлических лент состава Ре64Со21В15, прошедших термомагнитную обработку при Трг=290 0С в процессе цикла «нагрев - остывание». Максимальная температура нагрева: (а, б) - Ть=210 0С; (в, г) - Ть =290 0С. (а, в) - нагрев; - 20 оС, - - 190 оС, ••• 200 оС, — 210оС; (б, г) - остывание; - 20 оС, - - 200 оС, ••• 260оС, -•- 290 оС
Таким образом, можно утверждать, что проведение первого цикла «нагрев-охлаждение» (при максимальной температуре нагрева 290 0С) после предварительной обработки лент состава Fe64Co21B15 позволяет стабилизировать их атомную и магнитную структуру.
Рассмотрим теперь влияние температуры на поведение динамических магнитных характеристик наноструктурированных металлических лент состава Fe67Co1oCг3Si15B5, прошедших термомагнитную обработку при различных температурах. На рис. 2 приведены петли гистерезиса металлических лент состава Fe67Co10Cг3Si15B5, прошедших предварительную термомагнитную обработку при Трг=370 0С в процессе первого цикла термоциклирования в интервале температур 20-210 °С и 20-290 °С. Из анализа первоначальных петель гистерезиса следует, что после проведения предварительной термомагнитной обработки во всем заявленном диапазоне температур у исследуемых лент выраженная одноосная анизотропия не наводится. Об этом свидетельствует достаточно высокое значение остаточной индукции. Еще одной возможной причиной высоких значений Вг может являться значительная угловая дисперсии анизотропии, т.е. значительное отклонение локальных осей легкого намагничивания от средней оси легкого намагничивания
Рост температуры нагрева ленты до 210 X приводит к уменьшению Вг, что связано, на наш взгляд, с уменьшением поля наведенной анизотропии. Дальнейшее охлаждение ленты до комнатной температуры приводит к увеличению Вг. Подобное поведение динамических магнитных характеристик для ленты, прошедшей термомагнитную обработку при 210 Х, наиболее заметно при ее охлаждении до температуры 290 оС. Также следует отметить, что наиболее заметные изменения динамических магнитных характеристик наблюдаются при температурах нагрева, близких к максимальной. Рост значений Вг в процессе охлаждения может быть связан, как уже отмечалось выше, с протеканием процессов стабилизации доменных границ. Величина температурного гистерезиса магнитных параметров и в первом и во втором циклах «нагрев-охлаждение» составляет не более 3%. Таким образом, можно утверждать, что проведение предварительной термомагнитной обработки лент состава Fe67Co10Cr3Si15B5 позволяет стабилизировать их атомную и магнитную структуру.
Обсудим возможные причины описанного поведения динамических магнитных параметров металлических лент состава Fe67Co10Cr3Si15B5. Считается, что добавление хрома за счет уменьшения железа приводит к повышению температуры кристаллизации и, соответственно, к увеличению термической стабильности структуры сплава [2]. Но изменение состава сплава может изменить его магнитные и другие свойства. Так, с добавлением хрома уменьшаются общие магнитные потери на пере-магничивание и коэрцитивная сила. Добавление хрома до 9 ат.% снижает точку Кюри сплава в аморфном состоянии до 100 Х, что делает сплав интересным для магнетокалорических применений
[3].
Вместе с тем из анализа полученных петель гистерезиса следует, что поле наведенной одноосной анизотропии исследованных лент не превышает 50-70 А/м. Малое значение поле одноосной наведенной анизотропии и относительно высокое значение Вг свидетельствуют о значительной величине угловой дисперсии анизотропии. Наличие значительной угловой дисперсии анизотропии в данном сплаве подтверждается проведенными с использованием метода сканирующей зондовой микроскопии исследованиями [4]. При малом значении поля наведенной одноосной анизотропии угловая дисперсия анизотропии приводит к образованию магнитных полюсов на доменных границах. Поля рассеяния от этих полюсов блокируют поворот намагниченности, что приводит к росту прямоугольно-сти петли гистерезиса. Также можно предположить, что ответственным за высокое значение угловой дисперсии анизотропии в исследуемых лентах является Сг. Наличие Сг приводит к ослаблению обменного взаимодействия между атомами переходных металлов и понижает восприимчивость быстрозакаленной металлической ленты к термомагнитной обработке.
Рис. 2. Петли гистерезиса аморфных металлических лент состава Fe67Co10CrзSi15B5, прошедших термомагнитную обработку при Трг =370 X в процессе цикла «нагрев-остывание». Максимальная температура нагрева: (а, б) - Ть =210 '’С; (в, г) - Ть =290 оС. (а, в) - нагрев; - 20 оС, - - 190 оС, ••• 200 оС, -•- 210 оС; (б, г) - остывание; - 20 оС, - - 200 оС, ••• 260 оС, -•- 290 оС
На основании проведенных исследований влияния режимов термомагнитной обработки на температурные зависимости динамических магнитных характеристик наноструктурированных металлических лент состава Fe64Co21B15 и Fe67Co10Cr3Si15B5 могут быть сделаны следующие выводы:
1. Исследуемые ленты демонстрируют принципиально различное поведение динамических магнитных характеристик от температуры нагрева и температуры термомагнитной обработки. У ленты состава Fe64Co21B15 рост температуры термомагнитной обработки приводит к увеличению поля одноосной наведенной анизотропии. У ленты состава Fe67Co10Cr3Si15B5 рост температуры термомагнитной обработки не приводит к заметному изменению поля наведенной одноосной анизотропии. Увеличение температуры нагрева ленты состава Fe64Co21B15 до 290 "С приводит к разрушению наведенной одноосной анизотропии при всех исследованных температурах термомагнитной обработки. Рост температуры нагрева ленты состава Fe67Co10Cr3Si15B5 до 290 0С не приводит к заметным изменениям поля наведенной анизотропии.
2. Механизмы перестройки доменной структуры быстрозакаленных металлических лент составов Fe64Co21B15 и Fe67Co10Cr3Si15B5, прошедших термомагнитную обработку, отличаются. Если в ленте состава Fe64Co21B15 определяющим является механизм поворота намагниченности, то в ленте состава Fe67Co10Cr3Si15B5 основным является процесс перестройки тонкой структуры доменов, связанный с высоким значением угловой дисперсии анизотропии.
Литература
1. Золотухин И.В., Калинин Ю.Е., Стогней О.В. Новые направления физического материаловедения. - Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2000. - 360 с.
2. Кекало И.Б., Самарин Б.А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами: учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1989. - 464 с.
3. Магнетизм наносистем на основе редкоземельных и 3-ё переходных металлов: хрестоматия / под ред.
В.О. Васьковского. - Екатеринбург: Изд-во Уральского гос. ун-та, 2007. - 266 с.
i23
4. Влияние термоциклирования на динамические магнитные характеристики наноструктурированных лент FeCoCrSiB и Ее^В, прошедших термомагнитную обработку / А.Л. Семенов и др. // Наноматериалы и технологии: труды конф. - Улан-Удэ, 2012. - С. 186-191.
Семенов Андрей Леонидович, кандидат физико-математических наук, доцент, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р Гагарина, 20, (3952)521258, факс (3952)242194, e-mail:asem@api.isu.ru
Гаврилюк Алексей Александрович, доктор физико-математических наук, доцент, зав. кафедрой, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р Гагарина, 20, e-mail:zubr@api.isu.ru
Голыгин Евгений Александрович, аспирант, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р. Гагарина, 20, e-mail:zubr@api.isu.ru
Моховиков Александр Юрьевич, кандидат физико-математических наук, доцент, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р Гагарина, 20.
Гафаров Александр Равилевич, инженер, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р, Гагарина, 20.
Морозова Наталья Викторовна, кандидат физико-математических наук, доцент, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р Гагарина, 20, e-mail:natek@mail.ru
Пузанков Юрий Владимирович, инженер, Иркутский государственный университет, 664003, Иркутск, б-р, Гагарина, 20.
Semenov Andrey Leonidovich, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20, (3952)521258, факс (3952)242194, e-mail:asem@api.isu.ru
Gavriliuk Alexey Aleksandrovich, doctor of physical and mathematical sciences, associate professor, Head of the Department, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20, e-mail:zubr@api.isu.ru
Golygin Evgeny Aleksandrovich, postgraduate student, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20, e-mail:zubr@api.isu.ru
Mokhovikov Aleksandr Yurievich, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20.
Gafarov Aleksandr Ravilevich, engineer, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20.
Morozova Natalya Viktorovna, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20, e-mail:natek@mail.ru
Puzankov Yury Vladimirovich, engineer, Irkutsk State University, 664003, Irkutsk, Gagarin Str., 20.
УДК 541.64: 539.199 © Д.С. Сандитов, С.Ш. Сангадиев, Б.С. Сыдыков
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПЕРЕХОДА ЖИДКОСТЬ-СТЕКЛО В РАМКАХ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
Представлена идея о том, что стеклование жидкостей и полимеров обусловлено замораживанием подвижности возбужденных делокализованных кинетических единиц, которые рассматриваются как квантовые осцилляторы. Частота возбуждения кинетической единицы, вычисленная из модели делокализованных атомов, у аморфных полимеров совпадает с частотой квантового размораживания конформационной подвижности макромолекул вблизи температуры размягчения, определенной из спектров поглощения в ИК-области.
Ключевые слова: вязкость, стеклование, делокализация атома, квант энергии возбуждения атома.
D.S. Sanditov, S.Sh. Sangadiev, B.S. Sydykov INTERPRETATION OF LIQUID-GLASS TRANSITION WITHIN QUANTUM MECHANICS
The glass transition of liquids and polymers is commonly adopted to be conditioned by freezing of mobility of delocalized stimulated kinetic units, which are considered as quantum oscillators. The stimulation frequency of kinetic units in amorphous polymers, calculated from the model of delocalized atoms, coincides with frequency of quantum unfreezing of conformational mobility of macromolecules near glass transition temperature, determined from the infra-red absorption spectra.
Keywords: viscosity, glass transition, atom delocalization, quantum of atom energy stimulation.
Известно, что все аморфные вещества независимо от их природы (неорганические стекла, аморфные органические полимеры, металлические аморфные сплавы) в области стеклования подчиняются общим универсальным закономерностям [1-4], в частности, они переходят из жидкого (высокоэластического) в твердое стеклообразное состояние практически при одной и той же вязкости
