RU2391414C2 - Method of processing items out of magnetically soft amorphous alloys by intensive plastic deformation - Google Patents
Method of processing items out of magnetically soft amorphous alloys by intensive plastic deformation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2391414C2 RU2391414C2 RU2008129403/02A RU2008129403A RU2391414C2 RU 2391414 C2 RU2391414 C2 RU 2391414C2 RU 2008129403/02 A RU2008129403/02 A RU 2008129403/02A RU 2008129403 A RU2008129403 A RU 2008129403A RU 2391414 C2 RU2391414 C2 RU 2391414C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plastic deformation
- deformation
- amorphous
- magnetic
- magnetically soft
- Prior art date
Links
Landscapes
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области аморфных магнитных материалов и способам их обработки и может быть использовано в качестве материала в электронике и приборостроении. Например, в качестве насыщаемых сердечников для магнитных усилителей переключаемых силовых источников.The invention relates to the field of amorphous magnetic materials and methods for their processing and can be used as a material in electronics and instrumentation. For example, as saturable cores for magnetic amplifiers of switched power sources.
В исходном состоянии аморфные материалы обладают отличными прочностными, но невысокими магнитными свойствами. А именно высокие магнитные свойства определяют использование магнитно-мягких материалов в промышленности. Для улучшения магнитных характеристик аморфных магнитно-мягких материалов применяют отжиг. Отжиг позволяет улучшить гистерезисные магнитные характеристики, а именно повысить индукцию технического насыщения, уменьшить коэрцитивную силу и потери на перемагничивание, тем самым, обеспечивая оптимальные эксплуатационные характеристики [Нанокристаллические пленки магнитно-мягких сплавов на основе железа. Е.Н.Шефтель, О.А.Банных. Металлы, №5, 2006, стр.33-39].In the initial state, amorphous materials have excellent strength, but low magnetic properties. Namely, high magnetic properties determine the use of soft magnetic materials in industry. To improve the magnetic characteristics of amorphous soft magnetic materials, annealing is used. Annealing can improve the hysteretic magnetic characteristics, namely, increase the induction of technical saturation, reduce the coercive force and the magnetization reversal losses, thereby ensuring optimal performance [Nanocrystalline films of magnetically soft iron-based alloys. E.N.Sheftel, O.A.Bannykh. Metals, No. 5, 2006, pp. 33-39].
Известно, что при воздействии интенсивной пластической деформацией на аморфный сплав в исходной матрице начинают идти процессы нанокристаллизации, приводящие к образованию нанокристаллов размером 10-50 нм и, как следствие, росту прочностных и магнитных характеристик материала, ввиду возрастания таковых у образующейся кристаллической фазы [Н.И.Носкова, P.P.Мулюков. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы, Екатеринбург, 2003 г., с.47-57, 226-231].It is known that under the action of intense plastic deformation on an amorphous alloy in the initial matrix, nanocrystallization processes begin to occur, leading to the formation of nanocrystals 10-50 nm in size and, as a result, an increase in the strength and magnetic characteristics of the material, due to an increase in those of the resulting crystalline phase [N. I. Noskova, PP Mulukov. Submicrocrystalline and Nanocrystalline Metals and Alloys, Yekaterinburg, 2003, pp. 47-57, 226-231].
Известен способ обработки магнитно-мягких аморфных сплавов, включающий нагрев до 390°С и выдержку при этой температуре в течение 30 минут. Перед отжигом проводят криогенную обработку изделия, обеспечивающую скорость его охлаждения не менее 104-105°/с [Патент РФ 2154869, МПК H01F 1/153, опубликован 20.08.2000 г.]. Результатом явилось увеличение магнитных характеристик магнитно-мягкого аморфного сплава Fe81Si6B13. Индукция магнитного насыщения увеличилась с 9870 Гс в исходном состоянии до 16311 Гс после обработки. То есть, в среднем, увеличение составило 40% для различных условий эксперимента.A known method of processing soft magnetic amorphous alloys, including heating to 390 ° C and holding at this temperature for 30 minutes. Before annealing, cryogenic processing of the product is carried out, providing a cooling rate of at least 10 4 -10 5 ° / s [RF Patent 2154869, IPC H01F 1/153, published on 08/20/2000]. The result was an increase in the magnetic characteristics of the soft magnetic amorphous alloy Fe 81 Si 6 B 13 . Magnetic saturation induction increased from 9870 G in the initial state to 16311 G after treatment. That is, on average, the increase was 40% for various experimental conditions.
Однако, данному способу обработки присущ ряд недостатков:However, this processing method has a number of disadvantages:
1. Реализующееся при данном способе обработки повышение гистерезисных магнитных характеристик не достаточно для применения аморфных сплавов в некоторых отраслях электронной промышленности, в частности при производстве миниатюрных датчиков магнитного поля.1. The increase in hysteresis magnetic characteristics realized with this processing method is not enough for the use of amorphous alloys in some electronic industries, in particular in the production of miniature magnetic field sensors.
2. Эффект увеличения гистерезисных магнитных характеристик достигается только в поверхностных слоях материала, что делает неприменимым данный метод для объемных материалов.2. The effect of increasing the hysteretic magnetic characteristics is achieved only in the surface layers of the material, which makes this method not applicable for bulk materials.
3. Трудоемкость процесса, заключающаяся в многостадийности.3. The complexity of the process, which consists in multi-stage.
Прототипом предлагаемого способа обработки магнитно-мягких аморфных сплавов является способ обработки изделий из магнитно-мягких аморфных материалов, включающий интенсивную пластическую деформацию. Ее проводят при 20 и 200°С, давлении 4 ГПа и максимальной истинной деформации ε=5,5 (N=5). Но данные, демонстрирующие какие-либо изменения магнитных характеристик рассматриваемого сплава, отсутствуют [Формирование нанокристаллической структуры в аморфном сплаве Fe81B13Si6 методом интенсивной пластической деформации. Г.Е.Абросимова, А.С.Аронин и др. Металлы, №5, 2005, стр.12-16].The prototype of the proposed method for processing soft magnetic amorphous alloys is a method for processing products from soft magnetic amorphous materials, including intense plastic deformation. It is carried out at 20 and 200 ° C, a pressure of 4 GPa and a maximum true strain ε = 5.5 (N = 5). But there are no data demonstrating any changes in the magnetic characteristics of the alloy under consideration [Formation of a nanocrystalline structure in an amorphous alloy Fe 81 B 13 Si 6 by the method of intense plastic deformation. G.E. Abrosimova, A.S. Aronin et al. Metals, No. 5, 2005, pp. 12-16].
Однако реализующиеся при данном способе обработки магнитные характеристики не достаточны для применения аморфных сплавов в некоторых отраслях электронной промышленности, в частности при производстве миниатюрных датчиков магнитного поля.However, the magnetic characteristics realized with this processing method are not sufficient for the use of amorphous alloys in some electronic industries, in particular in the production of miniature magnetic field sensors.
Уровень свойств, полученный при данном способе обработки, приведен в таблице 1 - способ 2.The level of properties obtained with this processing method is shown in table 1 - method 2.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении магнитно-мягкого нанокристаллического сплава из аморфного сплава, сочетающего высокие значения индукции технического насыщения и низкие значения коэрцитивной силы.The problem to which the invention is directed, is to obtain a soft magnetic nanocrystalline alloy from an amorphous alloy, combining high values of induction of technical saturation and low values of coercive force.
Технический результат, достигаемый новым способом обработки изделий из магнитно-мягких аморфных сплавов, заключается в улучшении магнитных (гистерезисных) характеристик для магнитно-мягких аморфных сплавов.The technical result achieved by a new method of processing products from soft magnetic amorphous alloys is to improve the magnetic (hysteresis) characteristics for soft magnetic amorphous alloys.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки изделий из магнитно-мягких аморфных сплавов интенсивной пластической деформацией согласно изобретению интенсивную пластическую деформацию проводят кручением под квазигидростатическим давлением при криогенной температуре.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of processing products from soft magnetic amorphous alloys by intensive plastic deformation according to the invention, intense plastic deformation is carried out by torsion under quasi-hydrostatic pressure at a cryogenic temperature.
Деформацию проводят в камере Бриджмена при 1-10 оборотах подвижной наковальни, что соответствует истинной логарифмической степени деформации ε=4-7.The deformation is carried out in the Bridgman chamber at 1-10 revolutions of the movable anvil, which corresponds to the true logarithmic degree of deformation ε = 4-7.
Интенсивную пластическую деформацию проводят при температуре 77 К.Intensive plastic deformation is carried out at a temperature of 77 K.
Известно, что процессы интенсивной пластической деформации приводят к существенным структурно-фазовым изменениям в материалах с различным кристаллическим строением. В частности, пластическая деформация аморфных материалов в камере Бриджмена (мощный сдвиг под квазигидростатическим давлением) приводит к их нанокристаллизации. При таких обработках наблюдается целый ряд структурных состояний, являющихся переходными между аморфным и нанокристаллическим состояниями.It is known that processes of intense plastic deformation lead to significant structural-phase changes in materials with different crystalline structures. In particular, the plastic deformation of amorphous materials in a Bridgman chamber (a powerful shear under quasi-hydrostatic pressure) leads to their nanocrystallization. With such treatments, a number of structural states are observed that are transitional between amorphous and nanocrystalline states.
Особо следует отметить интенсификацию диффузионных процессов, которые в случае интенсивной пластической деформации могут протекать как при комнатной, так и при более низкой температуре. Поскольку магнитные свойства ферромагнитных материалов очень чувствительны к характеру атомного окружения, то приложение интенсивных деформаций к многокомпонентным аморфным материалам приводит к диффузионному перераспределению атомов и, как следствие, к изменению магнитных свойств.Of particular note is the intensification of diffusion processes, which in the case of intense plastic deformation can occur both at room and at a lower temperature. Since the magnetic properties of ferromagnetic materials are very sensitive to the nature of the atomic environment, the application of intense strains to multicomponent amorphous materials leads to diffusion redistribution of atoms and, as a consequence, to a change in magnetic properties.
На стадиях интенсивной пластической деформации, предшествующих нанокристаллизации, происходит существенное перераспределение атомов в рамках аморфного состояния, которое приводит к существованию нескольких аморфных «фаз» с различным композиционным ближним порядком. Как следствие, на этих стадиях интенсивной пластической деформации проявляются аномальные изменения магнитных и других физических свойств, в частности резкое увеличения индукции технического насыщения.At the stages of intense plastic deformation preceding nanocrystallization, a substantial redistribution of atoms occurs within the amorphous state, which leads to the existence of several amorphous “phases” with different compositional short-range order. As a result, at these stages of intense plastic deformation, anomalous changes in the magnetic and other physical properties are manifested, in particular, a sharp increase in the induction of technical saturation.
Пример конкретного осуществления способа.An example of a specific implementation of the method.
Лента магнитно-мягкого аморфного сплава Ni48,6Fe30,7Si1,7Co17B2 была получена методом спиннингования, т.е. резкой закалкой расплава со скоростью ≈106 град/сек на вращающийся охлаждаемый медный барабан.The tape of the soft magnetic amorphous alloy Ni 48.6 Fe 30.7 Si 1.7 Co 17 B 2 was obtained by spinning, i.e. sharp quenching of the melt at a speed of ≈10 6 deg / s on a rotating cooled copper drum.
Толщина ленты составила 30 мкм, ширина - 5 мм. Температура кристаллизации сплава равна Т=800 К. Из ленты были нарезаны образцы, размер которых составил 5×5 мм. Далее образцы были сложены в стопки по 4-6 штук и подвергнуты интенсивной пластической деформации кручением под давлением при температуре 77 К. Деформация проводилась в камере Бриджмена. Величина давления составила 4 ГПа, количество оборотов N=4-8. Измерения магнитных характеристик проводились на вибрационном анизометре ВИБРАН. Максимальная напряженность магнитного поля составило 9 кЭ.The tape thickness was 30 microns, width - 5 mm. The crystallization temperature of the alloy is T = 800 K. Samples of 5 × 5 mm in size were cut from the tape. Then the samples were stacked in 4-6 pieces and subjected to intense plastic deformation by torsion under pressure at a temperature of 77 K. The deformation was carried out in a Bridgman chamber. The pressure was 4 GPa, the number of revolutions N = 4-8. Magnetic characteristics were measured on a VIBRAN vibrating anisometer. The maximum magnetic field strength was 9 kOe.
Эффект, достигнутый в прототипе, связан с проявлением в аморфной матрице внутренних напряжений, связанных с очень большими пластическими деформациями, которые приводят к локальным незначительным передвижениям атомов без существенного изменения характеристик аморфного состояния.The effect achieved in the prototype is associated with the manifestation in the amorphous matrix of internal stresses associated with very large plastic deformations, which lead to local minor atomic movements without a significant change in the characteristics of the amorphous state.
В нашем случае эффект улучшения магнитных (гистерезисных) характеристик аморфных магнитно-мягких сплавов связан с тем, что благодаря сочетанию интенсивной пластической деформации кручением под квазигидростатическим давлением с низкими температурами обработки в структуре материала становится возможным, как показывают рентгеновские и электронно-микроскопические исследования, образование кластеров, состоящих из ферромагнитных компонентов. Благодаря наличию таких кластеров резко повышается индукция технического насыщения у обрабатываемых сплавов.In our case, the effect of improving the magnetic (hysteretic) characteristics of amorphous magnetically soft alloys is due to the fact that, due to a combination of intense plastic torsion deformation under quasi-hydrostatic pressure and low processing temperatures in the material structure, cluster formation becomes possible consisting of ferromagnetic components. Due to the presence of such clusters, the induction of technical saturation in the processed alloys sharply increases.
Устойчивость подобного состояния, наблюдающегося, в частности, после интенсивной пластической деформации при N=1-10 оборотов (что соответствует истинной логарифмической степени деформации ε=4-7) и криогенной температуре, а так же при N=1 (что соответствует истинной логарифмической степени деформации ε=4) и комнатной температуре, более высока в том случае, когда деформация осуществляется при криогенной температуре.The stability of such a state, observed, in particular, after intense plastic deformation at N = 1-10 revolutions (which corresponds to the true logarithmic degree of deformation ε = 4-7) and cryogenic temperature, as well as at N = 1 (which corresponds to the true logarithmic degree strain ε = 4) and room temperature, is higher in the case when the deformation is carried out at cryogenic temperature.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008129403/02A RU2391414C2 (en) | 2008-07-18 | 2008-07-18 | Method of processing items out of magnetically soft amorphous alloys by intensive plastic deformation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008129403/02A RU2391414C2 (en) | 2008-07-18 | 2008-07-18 | Method of processing items out of magnetically soft amorphous alloys by intensive plastic deformation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008129403A RU2008129403A (en) | 2010-01-27 |
| RU2391414C2 true RU2391414C2 (en) | 2010-06-10 |
Family
ID=42121510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008129403/02A RU2391414C2 (en) | 2008-07-18 | 2008-07-18 | Method of processing items out of magnetically soft amorphous alloys by intensive plastic deformation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2391414C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492249C1 (en) * | 2012-09-28 | 2013-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Method of complex processing amorphous nanocrystalline alloys |
| RU2752062C1 (en) * | 2020-11-09 | 2021-07-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for manufacturing products from a magnetically soft alloy of iron-cobalt 27 kx system |
-
2008
- 2008-07-18 RU RU2008129403/02A patent/RU2391414C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АБРОСИМОВА Г.Е. и др. Формирование нанокристаллической структуры в аморфном сплаве Fe 81 B 13 Si 6 методом интенсивной пластической деформации. - Металлы, №5, 2005, с.12-16. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492249C1 (en) * | 2012-09-28 | 2013-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | Method of complex processing amorphous nanocrystalline alloys |
| RU2752062C1 (en) * | 2020-11-09 | 2021-07-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for manufacturing products from a magnetically soft alloy of iron-cobalt 27 kx system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008129403A (en) | 2010-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Brown et al. | The crystal structure and phase transitions of the magnetic shape memory compound Ni2MnGa | |
| Leary et al. | Stress induced anisotropy in Co-rich magnetic nanocomposites for inductive applications | |
| JP2018509756A (en) | Applied magnetic field synthesis and processing of iron nitride magnetic materials | |
| JP2017535062A (en) | Rare earth-free permanent magnetic material based on Fe-Ni | |
| EP2315287A1 (en) | Magnetostrictive material and preparation method thereof | |
| Kainuma et al. | NiMn-based metamagnetic shape memory alloys | |
| Du et al. | Mechanical alloying of Fe–Ni based nanostructured magnetic materials | |
| Chen et al. | Martensitic transformation and magnetic properties of Ti-doped NiCoMnSn shape memory alloy | |
| Tao et al. | Phase, microstructure and magnetic properties of 45.5 Fe-28Cr-20Co-3Mo-1.5 Ti-2Nb permanent magnet | |
| RU2391414C2 (en) | Method of processing items out of magnetically soft amorphous alloys by intensive plastic deformation | |
| Mushnikov et al. | Magnetic properties and structure of nanocrystalline FINEMET alloys with various iron contents | |
| US20170121783A1 (en) | Cobalt-Lean alnico alloy | |
| Weissitsch et al. | Magnetic materials via high-pressure torsion of powders | |
| Lukshina et al. | Magnetic properties of the Fe 63.5 Ni 10 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9 alloy nanocrystallized in the presence of tensile stresses | |
| CN115786653B (en) | Stress annealing method for improving soft magnetic performance of amorphous alloy | |
| Wun-Fogle et al. | Magnetostriction and magnetization of common high strength steels | |
| Fujieda et al. | Influence of Co substitution on magnetostriction and on Young's modulus of Fe-Ga alloy single crystal | |
| Vijayanarayanan et al. | An experimental evaluation of quenched Fe-Ga alloys: structural magnetic and magnetostrictive properties | |
| Zhou et al. | The magnetostriction of Fe–(18− x) at% Ga–x at% Al (3≤ x≤ 13.5) alloys | |
| Liu et al. | Magnetic-field-dependent microstructure evolution and magnetic properties of Tb0. 27Dy0. 73Fe1. 95 alloy during solidification | |
| Zvonov et al. | Influence of rapid quenching on magnetocaloric effect of Y2 (Fe, Mn) 17 intermetallic compounds | |
| JP2023097306A (en) | MULTI-COMPONENT FeCoSiM SOFT MAGNETIC ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
| Oh et al. | Thermal and magnetic properties of the Co-Fe-B-Si-Ta alloy system for several Fe/Co ratios | |
| Sun et al. | Thermal stability and magnetic properties of Co–Fe–Hf–Ti–Mo–B bulk metallic glass | |
| Zhao et al. | Texture evolution and magnetostriction of rolled (Co 70 Fe 30) 99.8 (NbC) 0.2 sheets |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100719 |