ZMIANY STRUKTURY DOMEN MAGNETYCZNYCHWSTALI KRZEMOWEJ WYWOŁANE NAGRZEWANIEM IMPULSOW Ą. W pracy prezentowane są wyniki eksperymentalnych badań



Podobne dokumenty
ZASTOSOWANIE NAŚWIETLANIA LASEROWEGO DO BLOKADY PROPAGACJI PĘKNIĘĆ ZMĘCZENIOWYCH

Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć. Dr hab.

O NIEKTÓRYCH SKUTKACH ODDZIAŁYWANIA PROMIENIOWANIA LASERA RUBINOWEGO Z UKŁADEM CIENKA WARSTWA WĘGLIKÓW METALI NA KAPILARNO-POROWATYM PODŁOŻU

Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków

43 edycja SIM Paulina Koszla

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

LABORATORIUM ANALITYCZNEJ MIKROSKOPII ELEKTRONOWEJ (L - 2)

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

MODYFIKACJA STOPU AK64

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI POWLOK CERAMICZNYCH NA BAZIE CYRKONU NA TRYSKANYCH NA STOP PA30

Monochromatyzacja promieniowania molibdenowej lampy rentgenowskiej

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 27, 1996 PAN- Oddział Katowice PL ISSN

BADANIA STRUKTURY MATERIAŁÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Spektroskopia modulacyjna

Poprawa właściwości konstrukcyjnych stopów magnezu - znaczenie mikrostruktury

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Poprawa charakterystyk promieniowania diod laserowych dużej mocy poprzez zastosowanie struktur periodycznych w płaszczyźnie złącza

32/42 NA ŚCIERANIE POWIERZCHNI STALI EUTEKTYCZNEJ WPŁ YW OBRÓBKI LASEROWEJ NA ODPORNOŚĆ

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

27/36 BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SW7.M PO HARTOWANIU LASEROWYM

ANALIZA ZJAWISKA NIECIĄGŁOŚCI TWORZENIA MIKROWIÓRÓW W PROCESIE WYGŁADZANIA FOLIAMI ŚCIERNYMI

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

Badanie dylatometryczne żeliwa w zakresie przemian fazowych zachodzących w stanie stałym

CHARAKTERYSTYKA WIĄZKI GENEROWANEJ PRZEZ LASER

1 Badania strukturalne materiału przeciąganego

Skaningowy Mikroskop Elektronowy. Rembisz Grażyna Drab Bartosz

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

LASEROWA OBRÓBKA MATERIAŁÓW

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

MAGNETO Sp. z o.o. Możliwości wykorzystania taśm nanokrystalicznych oraz amorficznych

BADANIE INTERFEROMETRU YOUNGA

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Dyfrakcja na kryształach. Dyfrakcja na kryształach

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Maciej Czapkiewicz. Magnetic domain imaging

Laboratorium optycznego przetwarzania informacji i holografii. Ćwiczenie 6. Badanie właściwości hologramów

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

METODY BADAŃ BIOMATERIAŁÓW

Budowa stopów. (układy równowagi fazowej)

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

Instrukcja "Jak stosować preparat CerMark?"

BADANIA ŻELIWA CHROMOWEGO NA DYLATOMETRZE ODLEWNICZYM DO-01/P.Śl.

LASEROWA OBRÓBKA MATERIAŁÓW

ZMIANA WŁASNOŚCI STALI SZYBKOTNĄCEJ SKSM PO OBRÓBCE LASEROWEJ

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

POMIAR TEMPERATURY CURIE FERROMAGNETYKÓW

Zgłoszono: (P ) Pierwszeństwo: Stany Zjednoczone Ameryki. Zgłoszenie ogłoszono:

WPŁYW RODZAJU MASY OSŁANIAJĄCEJ NA STRUKTURĘ, WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I ODLEWNICZE STOPU Remanium CSe

Promotor: prof. nadzw. dr hab. Jerzy Ratajski. Jarosław Rochowicz. Wydział Mechaniczny Politechnika Koszalińska

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Metody łączenia metali. rozłączne nierozłączne:

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 08/13

Podstawy fizyczne technologii laserowych i plazmowych Phisycal Fundamentals of laser and plasma technology

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Obróbka powierzchni materia ów in ynierskich

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA WYŻARZANIE 1. POJĘCIA PODSTAWOWE 2. PRZEMIANY PRZY NAGRZEWANIU I POWOLNYM CHŁODZENIU STALI 3.

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 1 Badanie efektu Faraday a w monokryształach o strukturze granatu

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

MODYFIKACJA SILUMINU AK12. Ferdynand ROMANKIEWICZ Folitechnika Zielonogórska, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

Absorpcja promieni rentgenowskich 2 godz.

BADANIA WTRĄCEŃ TLENKOWYCH W BRĄZIE KRZEMOWYM CUSI3ZN3MNFE METODĄ MIKROANALIZY RENTGENOWSKIEJ

3. Materiały stosowane do budowy maszyn elektrycznych

Spektrometr XRF THICK 800A

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

Rys. 1 Geometria układu.

THICK 800A DO POMIARU GRUBOŚCI POWŁOK. THICK 800A spektrometr XRF do szybkich, nieniszczących pomiarów grubości powłok i ich składu.

Laboratorium z Krystalografii specjalizacja: Fizykochemia związków nieorganicznych

Technika sensorowa. Czujniki piezorezystancyjne. dr inż. Wojciech Maziarz Katedra Elektroniki C-1, p.301, tel

Energia emitowana przez Słońce

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

Prezentacja aparatury zakupionej przez IKiFP. Mikroskopy LEEM i PEEM

LABORATORIUM DYFRAKCJI RENTGENOWSKIEJ (L-3)

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

IM21 SPEKTROSKOPIA ODBICIOWA ŚWIATŁA BIAŁEGO

Rentgenografia - teorie dyfrakcji

Innowacyjne warstwy azotowane nowej generacji o podwyższonej odporności korozyjnej wytwarzane na elementach maszyn

Politechnika Politechnika Koszalińska

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

Laboratorium z Krystalografii. 2 godz.

Obróbka cieplna stali

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z KONSTRUKCJI METALOWCH. Ć w i c z e n i e H. Interferometria plamkowa w zastosowaniu do pomiaru przemieszczeń

Transkrypt:

27/29 Solidification ofmetals and Alloys, No.27, 1996 Knepniecie Metali i Stopów, Nr 27, 1996 PAN- Oddział Katowice PL ISSN 0208-9386 ZMIANY STRUKTURY DOMEN MAGNETYCZNYCHWSTALI KRZEMOWEJ WYWOŁANE NAGRZEWANIEM IMPULSOW Ą WIĄZKĄ LASERA DOMAGAŁA Maciej, ROżNIAKOWSKI Kazimierz Instytut Fizyki, Politechnika Łódzka 93-000 Łódź, ulwólczańska 219 l. WSTĘP W pracy prezentowane są wyniki eksperymentalnych badań wpływu lokalnego nagrzewania blachy krzemowej Fe3%Si na zmianę struktury domen magnetycznych w obszarze działania wiązki promieniownia laserowego i jego otoczeniu. Zmiany te spowodowane są zapewne zjawiskami magnetosprężystymi (oszacowany przyrost temperatury warstwy wierzchniej był mniejszy od temperatury Curie). Własności magnetyczne stali krzemowej, a w szczególności stratność [1], zależą od dużej ilości parametrów, takich jak: grubość blachy, rezystywność, obecność wtrąceń i cząstek innej fazy oraz tekstury. Jednym z istotniejszych czynników wpływających na stratność przemienną jest ruchliwość ścian domenowych oraz wielkość i stopień uporządkowania domen ferromagnetycznych. Zmiany tekstury blachy Fe3%Si typowo uzyskuje się przez dwuetapowe walcowanie na zimno. Dalszą poprawę własności magnetycznych (obniżenie stratności) można uzyskać między innymi przez rafinację domen magnetycznych oraz zwiększenie stopnia uporządkowania struktury domenowej. Rozdrobnienie domen (szersze niż 0,2 mm pogarszają stratność) można przeprowadzić przez wykonanie powłok naprężeniowych, obróbkę promieniowaniem Jaserowym bądź płornieniem plazmowym a także wykonując mechanicznie lub chemicznie (trawienie) układ periodycznych rowków o odpowiednim kształcie. Metody te są skuteczne głównie dla blachy o dobrej orientacji ziaren. Rafinacja domen z wykorzystaniem promieniowania laserowego jest atrakcyjna jako szybka, bezkontaktowa, o stosunkowo łatwo regulowanych parametrach procesu obróbki. Stosowana jest np. przez firmę Nippon Steel Corporation do obróbki orientowanej, gruboziarnistej blachy typu Hi-B i polega na wprowadzaniu mikronaprężeń orientujących lokalnie domeny oraz powodujących ich wzdłużny podział. Naprężenia te powstają podczas gwałtownego nagrzewania i parowania powierzchniowej warstwy metalu pod wpływem promieniowania lasera typu Nd:YAG o gęstości mocy ok. 5, I x 10 8 W/cm 2 Wzdłuż linii obróbki laserowej powstaje strefa naprężeń termicznych utrwalona następnie w procesie ostygania. Powstałe naprężenia przenoszone są przez granice ziaren co powoduje zmiany w strukturze

202 domenowej. Zasięg tego oddziaływania uwarunkowany jest rodzajem tekstury blachy (wielkość i orientacja ziarna, grubość blachy) oraz parametrami wiązki laserowej (gęstość energii, czas trwania impulsu, rozkład naświetlanych punktów na powierzchni blachy). Celem niniejszej pracy było wstępne zbadanie wpływu oddziaływania promieniowania laserowego na strukturę domen magnetycznych w obszarze oddziaływania wiązki i jego bliskim otoczeniu. 2. EKSPERYMENT. Ze względu na szerokie zastosowanie i popułamość w produkcji rdzeni transformatorów wykorzystano do badań typową blachę krzemową produkcji polskiej pociętą fabrycznie na paski o długości 280 mm, szerokości 39 mm i grubości 0,28 mm pokryte obustronnie izolacyjną warstwą diełektryka o grubości około 5 11m. Tekstura blachy składa się ze słabo zorientowanych ziaren o powierzchni rzędu 2. O, 1 cm. Skład chemiczny został wyznaczony z wybranego przypadkowo obszaru o powierzchni około 0,5 cm 2 spektrografem typu OB2FES 750M wykazując następującą zawartość pierwiastków: 0,016% C, 0,10% Mn, 2,786% Si, 0,07% S, 0,03% Ni, 0,056% Cu. Przeprowadzono również analizę składu w różnych miejscach losowo wybranej próbki przy pomocy mikrosondy rentgenowskiej współpracującej z mikroskopem skaningowym typu OSM 650. 2 Badane obszary o powierzchni 100 ~m wykazały prawie 90% rozrzut wartości w stosunku do zmierzonych spektrografem. Na podstawie opisanych wyżej danych można stwierdzić, że blacha użyta do opisanych badań jest nieuporządkowaną blachą drobnoziarnistą o zawartości krzemu około 3% i znacznej niejednorodności składu chemicznego. Do naświetlan ia próbek wykorzystano laser rubinowy stanowiący element laserowego mikroanalizatara LMA 1 O. Charakterystyczne parametry zastosowanego lasera: praca impulsowa w swobodnej generacji, czas trwania impulsu 't= 0,8 ms, długość fali promieniowania A. = 0.6 ~m. energia impulsu E = 1 J. Do rejestracji obrazów figur proszkowych uzyskanych metodą Bittera (2] zestawiono układ obserwacyjny, w skład którego wchodziły (rys. 1 ): wideo-mikroskop wyposażon y w stolik z przesuwem XY (dla zwiększenia kontrastu obrazu zastosowano słabe, s tałe pole podmagnesowujące próbkę prostopadłe do obserwowanej płaszczyzny, o wartości około 0.1 Oersteda), magnetowid VHS wraz z monitorem, komputerowy analizator obrazu. Po umyciu powierzchni próbki detergentem i umieszczeniu na stoliku mikroskopu nanoszono na badaną powierzchnię cienką warstwę ferromagnetycznej zawiesiny koloidalnej. Powstający obraz figur proszkowych rejestrowano na taśmie video stosując różne powiększenia, po czym zaznaczano wybrany obszar. Po usunięciu zawiesiny naświetlano wiązką lasera zaznaczony obszar próbki. N astępnie

203 rejestrowano obraz naświetlonego zawiesiny, obraz utworzonych na nim figur proszkowych. miejsca, i po kolejnym naniesieniu warstwy Rys.1. Schemat układu obserwacyjnego. 1 - stolik XY, 2 - elektromagnes, 3 - próbka pokryta zawiesiną ferromagnetyczną, 4 - mikroskop, 5- kamera CCD, 6- magnetowid, 7- komputer PC, 8- monitor Zapisane na taśmie fotografie były następnie odtwarzane i przekazywane do specjalistycznej karty komputera PC, co umożliwiło wydrukowanie otrzymanego obrazu na drukarce. 3. WYNIKI BADAŃ Otrzymane obrazy figur proszkowych z obszarów próbek przed naświetleniem wiązką lasera (rys. 2 a-b) charakteryzują się widoczną strukturą domenową domen 180 o różnym (w zależności od próbek) stopniu uporządkowania (widoczny jest przeważający kierunek zgodny z kierunkiem walcowania blachy). W niektórych obszarach obraz jest charakterystyczny dla nieuporządkowanej tekstury (domeny nie leżą w płaszczyźnie powierzchni blachy). Uporządkowanie ogranicza się do obrębu każdego ziarna, co daje efekt uwidocznienia granic ziaren. W różnych ziarnach występują domeny o różnej grubości. Tymczasem po naświetleniu (rys. 2 d-e) pojawia się wyraźny, nowy kierunek orientacji domen, prostopadły do kierunku walcowania Obszar, w którym występuje ten kierunek ogranicza się do dwóch kątów o stykających się wierzchołkach w miejscu działania wiązki. Dopełnienie tych kątów stanowią symetryczne obszary uporządkowania równoleglego do kierunku walcowania. Otrzymany obraz charakteryzuje się symetrią zgodną z kierunkiem walcowania. Granice ziaren stają się niewidoczne w bliskim obszarze dz i ałania wiązki ~ Domeny równoległe do kierunku walcowania ulegają rafinacji i następuje poprawa ich orientacji w pobliżu

204 a) d) b) e) c) f) Rys. 2. Fotografie struktur domenowych -a), b), c) - przed naświetlaniem, d), e), f) -po naświetleniu promieniowaniem laserowym

205 omawianego obszaru. Domeny prostopadłe do kierunku walcowania są kilkakrotnie cieńsze od domen obserwowanych w badanych próbkach. Obszar, związanego z tym uporządkowaniem oddziaływania, jest szczególnie dobrze zauważalny i rozciąga się bez widocznych zaburzeń spowodowanych obecnością granic ziaren. 4. WNIOSKI. Impuls światła laserowego powoduje gwałtowny przyrost temperatury warstwy powierzchniowej blachy (o grubości M =1,265-10- 4 m). Wartość oszacowana dla centrum wygrzewanego obszaru, w oparciu o równanie przewodnictwa cieplnego przy założeniu, że próbka stanowi ciało półnieskończone [3], wynosi T.= 290 K. Ponieważ temperatura ta jest daleka od temperatury punktu Curie (Te= 690 + 7 46 C, w zależności od zawartości Si), to zmiany struktury domenowej nie są związane z przemianą fazową Odpowiedzialne za nie są zapewne zjawiska magnetosprężyste gdyż szybkie nagrzanie lokalnego obszaru próbki wiązką lasera, a także szybkie (rzędu milisekund) stygnięcie powoduje generację silnych, lokalnych naprężeń w obszarze naświetlanym i jego otoczeniu. 5.LITERATURA [1) J. Stodolny, Hutnik (1990) 295; (2) H.J. Williams, R.M. Bozorth, W Shockley, Phys. Rev., 75 (1949) 155; [3) H.S. Carslow and J.C. Jaeger,"Conduction of Heat in Solids", Ciarendon Press, Oxford 1959; [4) G.L. Neiheisel, Laser Processing Fundamentals, Applications, and Systems Engineering, 668 (1986) 16. Magnetic domain structure changes generated by laser pulse heating In this wark, the influence of the laser local heating of Fe3%Si silieon steel on the structure of magnetic domains in the area of the laser beam operalian and ifs surrounding was studied experimentally. This changes are probably due to magnetoelastic effects (estimated temperatura increment of sub-surface layer was smaller then Curie-point).