RU2636269C1 - Method of producing magnetic and electromagnetic screen - Google Patents
Method of producing magnetic and electromagnetic screen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2636269C1 RU2636269C1 RU2016144967A RU2016144967A RU2636269C1 RU 2636269 C1 RU2636269 C1 RU 2636269C1 RU 2016144967 A RU2016144967 A RU 2016144967A RU 2016144967 A RU2016144967 A RU 2016144967A RU 2636269 C1 RU2636269 C1 RU 2636269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tape
- temperature
- magnetic
- molding
- room temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам создания композиционных материалов на основе аморфных и нанокристаллических сплавов для защиты технических и биологических объектов от постоянных и переменных полей промышленной частоты.The invention relates to methods for creating composite materials based on amorphous and nanocrystalline alloys to protect technical and biological objects from constant and variable fields of industrial frequency.
На сегодняшний день повышение уровня техногенных магнитных (МП) и электромагнитных полей (ЭМП) является актуальной проблемой в связи с возможностью вызывать негативные последствия для жизнедеятельности биологических объектов, в том числе человека, вплоть до экологических масштабов, а также вызывать сбои в работе электротехнического и электронного оборудования, в связи с чем возникает задача обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) различных устройств. Для регламентирования предельно допустимых значений постоянных и переменных магнитных полей в России и за рубежом разрабатываются нормативные документы, включающие в себя различные директивы, санитарные нормы для населения и обслуживающего персонала, стандарты в области ЭМС и т.д., вынуждающие разработчиков оборудования искать способы защиты от МП и ЭМП, обеспечивающие необходимое ослабление поля.Today, increasing the level of man-made magnetic (MP) and electromagnetic fields (EMF) is an urgent problem due to the possibility of causing negative consequences for the life of biological objects, including humans, up to ecological scales, as well as causing malfunctions in the electrical and electronic equipment, and therefore the task of ensuring electromagnetic compatibility (EMC) of various devices. To regulate the maximum permissible values of constant and variable magnetic fields in Russia and abroad, normative documents are being developed, which include various directives, sanitary standards for the population and maintenance personnel, standards in the field of EMC, etc., forcing equipment developers to look for ways to protect against MP and EMF, providing the necessary attenuation of the field.
Зачастую наиболее эффективным и целесообразным способом защиты технических объектов с целью обеспечения ЭМС, а также биологических объектов является пассивное экранирование с использованием специальных материалов. Для изготовления низкочастотных экранов (рабочие частоты менее 300 кГц, а также постоянные поля) используются материалы с высокой магнитной проницаемостью. Традиционно для этой цели применяются такие материалы, как электротехническая сталь, пермаллой, μ-металл и т.д. Однако в связи с постоянным ужесточением требований эти материалы не обладают комплексом магнитных и механических свойств для удовлетворения этим требованиям.Often the most effective and appropriate way to protect technical objects in order to ensure EMC, as well as biological objects, is passive shielding using special materials. For the manufacture of low-frequency screens (operating frequencies less than 300 kHz, as well as constant fields), materials with high magnetic permeability are used. Traditionally, materials such as electrical steel, permalloy, μ-metal, etc. are used for this purpose. However, due to the constant tightening of requirements, these materials do not have a set of magnetic and mechanical properties to meet these requirements.
Перспективными материалами в этом направлении являются аморфные и нанокристаллические магнитомягкие сплавы на основе кобальта и железа, полученные методом сверхбыстрой закалки расплава (спиннингованием) в виде тонкой ленты, толщиной порядка 20 мкм. Такие сплавы в свежее закаленном состоянии обладают свойствами, в ряде случаев превышающими свойства традиционных кристаллических материалов и менее чувствительны к механическим деформациям при монтаже. Последующая термическая обработка позволяет еще повысить магнитную проницаемость сплавов за счет снятия закалочных напряжений и частичной нанокристаллизации ленты. Однако из-за ограниченной ширины ленты и ее хрупкости необходим поиск способов ее монтажа при экранировании объектов.Promising materials in this direction are amorphous and nanocrystalline soft magnetic alloys based on cobalt and iron, obtained by ultrafast melt quenching (spinning) in the form of a thin tape, about 20 microns thick. Such freshly hardened alloys possess properties that in some cases exceed the properties of traditional crystalline materials and are less sensitive to mechanical deformations during installation. Subsequent heat treatment can further increase the magnetic permeability of the alloys due to the removal of quenching stresses and partial nanocrystallization of the tape. However, due to the limited width of the tape and its fragility, it is necessary to search for methods of its installation when shielding objects.
Одним из технических решений крепления лент при экранировании является получение гибкого металл-полимерного экрана, где диэлектрическая полимерная пленка выполняет одновременно монтажные и защитные функции, а также на данный момент существуют патенты на рулонный композитный металл-полимерный экран, такие как JP 11087989, JP 2004071735, RU 2274914 и на способ производства такого экрана RU 2375851.One of the technical solutions for attaching tapes during shielding is to obtain a flexible metal-polymer screen, where the dielectric polymer film performs both mounting and protective functions, and currently there are patents for rolled composite metal-polymer screen, such as JP 11087989, JP 2004071735, RU 2274914 and the production method of such a screen RU 2375851.
Однако по имеющимся данным любые покрытия, наносимые на магнитомягкие сплавы, могут приводить к снижению магнитной проницаемости. Например, производителем аморфных сплавов и магнитопроводов на их основе ОАО «Мстатор» (Россия, Боровичи) отмечается, что нанесение эпоксидной порошковой краски на магнитпровод из аморфных сплавов приводит к значительному ухудшению его магнитных параметров из-за усадочных напряжений полимера [1].However, according to available data, any coatings applied to soft magnetic alloys can lead to a decrease in magnetic permeability. For example, the manufacturer of amorphous alloys and magnetic cores based on them, Mstator OJSC (Borovichi, Russia), notes that applying epoxy powder paint to a magnetic conductor made of amorphous alloys leads to a significant deterioration in its magnetic parameters due to shrinkage stresses of the polymer [1].
Существующие исследования свидетельствуют о том, что наносимые покрытия являются магнитоактивными, то есть, создавая дополнительные напряжения на поверхности ленты, формируют соответствующее распределение намагниченности по объему ленты и, как следствие, конечные магнитные свойства. Так, исследования, проведенные в работе [2] для аморфного Fe-B-Si-C сплава с положительной магнитострикцией насыщения, показали, что органические покрытия создают сжимающие напряжения в ленте, также приводящие к снижению магнитной проницаемости из-за перераспределения намагниченности по объему ленты под действием напряжений.Existing studies indicate that the applied coatings are magnetically active, that is, by creating additional stresses on the surface of the tape, they form the corresponding distribution of magnetization over the volume of the tape and, as a result, the final magnetic properties. Thus, studies conducted in [2] for an amorphous Fe – B – Si – C alloy with positive saturation magnetostriction showed that organic coatings create compressive stresses in the tape, which also lead to a decrease in magnetic permeability due to the redistribution of magnetization over the tape volume under the influence of stresses.
Таким образом, известные технические решения, включая прототип RU 2375851, не позволяют получить композиционный экран с достаточно высокой магнитной проницаемостью ввиду ее уменьшения при нанесении покрытия на прошедшую термообработку ленту и, как следствие, не позволяют достичь потенциально возможных экранирующих свойств.Thus, well-known technical solutions, including the prototype RU 2375851, do not allow to obtain a composite screen with a sufficiently high magnetic permeability due to its decrease when applying the coating to the heat-treated tape and, as a result, do not allow to achieve potentially possible shielding properties.
Технический результат изобретения заключается в сохранении и повышении магнитной проницаемости и коэффициента экранирования композиционного магнитного защитного экрана.The technical result of the invention is to maintain and increase the magnetic permeability and screening coefficient of the composite magnetic protective shield.
Технический результат достигается за счет нанесения диэлектрической полимерной пленки на аморфную ленту системы Co-Ni-Fe-Cr-Si-B-Mn, прошедшую предварительную термическую обработку, под действием одновременного подогрева для создания лучшей адгезии и растягивающих напряжений, приложенных вдоль оси ленты, приводящие к перераспределению намагниченности вдоль оси ленты и способствующие повышению магнитной проницаемости. Существует формула, связывающая чувствительность магнитных свойств материала с прикладываемыми внешними напряжениями [3]:The technical result is achieved by applying a dielectric polymer film to an amorphous tape of the Co-Ni-Fe-Cr-Si-B-Mn system, which has undergone preliminary heat treatment, under the influence of simultaneous heating to create better adhesion and tensile stresses applied along the tape axis, leading to the redistribution of magnetization along the axis of the tape and contributing to an increase in magnetic permeability. There is a formula linking the sensitivity of the magnetic properties of a material with applied external voltages [3]:
где Sm - коэффициент чувствительности магнитных свойств к механическим напряжениям; μ - магнитная проницаемость; dμ - изменение магнитной проницаемости; σk - механической напряжение растяжения.where S m is the coefficient of sensitivity of magnetic properties to mechanical stresses; μ is the magnetic permeability; dμ - change in magnetic permeability; σ k - mechanical tensile stress.
Исходя из формулы (1), чем меньше чувствительность магнитных свойств сплава к внешним механическим напряжениям, тем большее внешнее напряжение необходимо прикладывать для получения эффекта изменения свойств. В этом случае также для повышения эффекта влияния внешних механических напряжений при нанесении покрытия можно прикладывать дополнительное механическое давление перпендикулярно плоскости ленты, ориентирующее намагниченность в плоскости ленты, а также повышающее адгезию покрытия. Однако при приложении напряжений необходимо оставаться в упругой области диаграммы растяжения сплава, не допуская процессов образования микронесплошностей и разрушения сплава, приводящие к необратимой деградации магнитных свойств, поэтому для получения технически значимого эффекта в данном изобретении предлагается прикладывать внешнее растягивающее напряжение величиной 1-100 МПа, а дополнительное механическое давление при необходимости в пределах 0,5-10 МПа.Based on formula (1), the lower the sensitivity of the magnetic properties of the alloy to external mechanical stresses, the greater the external stress must be applied to obtain the effect of changing properties. In this case, also to increase the effect of the influence of external mechanical stresses during coating, it is possible to apply additional mechanical pressure perpendicular to the plane of the tape, orienting the magnetization in the plane of the tape, and also increasing the adhesion of the coating. However, when applying stresses, it is necessary to remain in the elastic region of the tensile diagram of the alloy, avoiding the formation of micro-discontinuities and fracture of the alloy, leading to irreversible degradation of the magnetic properties, therefore, to obtain a technically significant effect, it is proposed to apply an external tensile stress of 1-100 MPa, and additional mechanical pressure, if necessary, in the range of 0.5-10 MPa.
При этом задачей предварительной термической обработки является снятие закалочных напряжений, а также создание состояния ленты с положительной магнитострикцией насыщения, так как, согласно работам [4, 5], данная характеристика для аморфных сплавов является структурно чувствительной и может управляться посредством задания специальных режимов термической обработки. Смена знака магнитострикции согласно этой работе была обнаружена при температурах порядка 350°С.In this case, the task of preliminary heat treatment is to remove quenching stresses, as well as to create a state of a tape with positive saturation magnetostriction, since, according to [4, 5], this characteristic for amorphous alloys is structurally sensitive and can be controlled by setting special heat treatment modes. A change in the sign of magnetostriction according to this work was detected at temperatures of the order of 350 ° C.
Далее, после нанесения покрытия, необходимо произвести охлаждение получившегося композиционного материала, причем до температур ниже комнатной на 10-20°С, при этом сохраняя воздействие растягивающих напряжений вдоль оси ленты. На этой стадии происходит усадка нагретого деформированного полимера и его естественное сужение, приводящие к сжимающим напряжениям на границе пленка-лента, однако благодаря приложенным к ленте растягивающим напряжениям релаксация напряжений при выдержке происходит без переориентации намагниченности в ортогональное направление и не приводит к снижению магнитной проницаемости. Далее после выдержки при пониженной температуре с одновременным воздействием растягивающих напряжений эти напряжения снимаются и производится нагрев материала до комнатной температуры. При этом происходит небольшое естественное расширение диэлектрической полимерной пленки, приводящее к дополнительным растягивающим напряжениям в плоскости ленты и ориентации намагниченности в этом направлении, что способствует сохранению или повышению магнитной проницаемости и коэффициента экранирования.Further, after coating, it is necessary to cool the resulting composite material, and to temperatures below room temperature by 10-20 ° C, while maintaining the effect of tensile stresses along the axis of the tape. At this stage, the heated deformed polymer shrinks and naturally narrows, leading to compressive stresses at the film-tape interface, however, due to tensile stresses applied to the tape, stress relaxation during holding occurs without reorienting the magnetization in the orthogonal direction and does not reduce the magnetic permeability. Further, after holding at a low temperature with the simultaneous action of tensile stresses, these stresses are removed and the material is heated to room temperature. In this case, a slight natural expansion of the dielectric polymer film occurs, leading to additional tensile stresses in the plane of the tape and the orientation of the magnetization in this direction, which helps to maintain or increase the magnetic permeability and the screening coefficient.
Примеры реализации изобретения представлены в Приложении 1.Examples of the invention are presented in Appendix 1.
Источники информацииInformation sources
1. www.mstator.ru1. www.mstator.ru
2. V Всесоюзная конференция "Аморфные прецизионные сплавы: технология, свойства, применения". Горланова М.А., Скулкина Н.А., Ханжина Т.А., Широкова Е.А., Иванов О.А. Ростов Великий: б.н., 23-27 сентября 1991. Влияние электроизоляционного покрытия на магнитные и электромагнитные свойства аморфного сплава Fe81B13Si4C2. стр. 86-87.2. V All-Union Conference "Amorphous precision alloys: technology, properties, applications." Gorlanova M.A., Skulkina N.A., Khanzhina T.A., Shirokova E.A., Ivanov O.A. Rostov the Great: b.n., September 23-27, 1991. The effect of the electrical insulation coating on the magnetic and electromagnetic properties of the amorphous alloy Fe81B13Si4C2. p. 86-87.
3. В.Б. Гинзбург. Магнитоуправляемые датчики. - Москва: Энергия, 1970, 72 с.3. V. B. Ginzburg. Magnetically controlled sensors. - Moscow: Energy, 1970, 72 p.
4. Иванов, О.Г. Афтореф. дис. к.т.н. Особенности формирования физических свойств и разработка новых аморфных магнитомягких сплавов на основе кобальта. б.м.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004 г.4. Ivanov, O.G. Aftoref. dis. Ph.D. Features of the formation of physical properties and the development of new amorphous soft magnetic alloys based on cobalt. b.m .: MSTU im. N.E. Bauman, 2004
5. Кекало И.Б., Могильников П.С. Влияние изгибных напряжений на высокочастотные магнитные свойства и временную их стабильность в аморфном сплаве на основе кобальта с очень низкой магнитострикцией. Журнал технической физики. 2015 г., Т. 85, 12, стр. 80-87.5. Kekalo I. B., Mogilnikov P. S. The effect of bending stresses on high-frequency magnetic properties and their temporary stability in an amorphous cobalt-based alloy with very low magnetostriction. Journal of Technical Physics. 2015, T. 85, 12, pp. 80-87.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144967A RU2636269C1 (en) | 2016-11-16 | 2016-11-16 | Method of producing magnetic and electromagnetic screen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016144967A RU2636269C1 (en) | 2016-11-16 | 2016-11-16 | Method of producing magnetic and electromagnetic screen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2636269C1 true RU2636269C1 (en) | 2017-11-21 |
Family
ID=63853120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016144967A RU2636269C1 (en) | 2016-11-16 | 2016-11-16 | Method of producing magnetic and electromagnetic screen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2636269C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2000680C1 (en) * | 1991-03-01 | 1993-09-07 | Мареичев А.В., Капитонов В.И., Попов Г.П. | Material for protecting against electromagnetic radiation |
US5706867A (en) * | 1996-09-20 | 1998-01-13 | Liao; Yueh Chiao | Magnetic weaving method using lateral and longitudinal strips |
RU2192078C2 (en) * | 2000-12-26 | 2002-10-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Laminated shield |
RU2265898C2 (en) * | 2003-12-22 | 2005-12-10 | Московский инженерно-физический институт (государственный университет) | Method for manufacturing a screen for protection from electromagnetic emission |
RU2375851C2 (en) * | 2007-12-29 | 2009-12-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Method of making magnetic and electromagnetic shield |
-
2016
- 2016-11-16 RU RU2016144967A patent/RU2636269C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2000680C1 (en) * | 1991-03-01 | 1993-09-07 | Мареичев А.В., Капитонов В.И., Попов Г.П. | Material for protecting against electromagnetic radiation |
US5706867A (en) * | 1996-09-20 | 1998-01-13 | Liao; Yueh Chiao | Magnetic weaving method using lateral and longitudinal strips |
RU2192078C2 (en) * | 2000-12-26 | 2002-10-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Laminated shield |
RU2265898C2 (en) * | 2003-12-22 | 2005-12-10 | Московский инженерно-физический институт (государственный университет) | Method for manufacturing a screen for protection from electromagnetic emission |
RU2375851C2 (en) * | 2007-12-29 | 2009-12-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Method of making magnetic and electromagnetic shield |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Perevertov et al. | Influence of applied tensile stress on the hysteresis curve and magnetic domain structure of grain-oriented Fe–3% Si steel | |
Chowdary et al. | Frequency-dependent magnetic permeability of Fe10Co90 nanocomposites | |
RU2636269C1 (en) | Method of producing magnetic and electromagnetic screen | |
Freeman et al. | Improving the magnetoelectric performance of Metglas/PZT laminates by annealing in a magnetic field | |
Derevyanko et al. | Effect of Heat Treatment on the Magnetoimpedance of Soft Magnetic Co 68.5 Fe 4 Si 15 B 12.5 Amorphous Ribbons | |
Monkman et al. | The magnetoactive electret | |
Huang et al. | Improved magnetic properties in amorphous FeSiBCr soft magnetic composites with easy-plane anisotropy for high-frequency applications | |
JP2017126643A (en) | Method for manufacturing anisotropic magnetic shield material | |
KR20200067294A (en) | Manufacturing method of magnetic shielding sheet for wireless power charger and using the same | |
Saha et al. | Wireless power transfer by self-biased magnetoelectric laminate for biomedical implants | |
Uchiyama et al. | Highly sensitive CMOS magnetoimpedance sensor using miniature multi-core head based on amorphous wire | |
JP2011155278A (en) | Magnetic implement using magnetic metal ribbon coated with insulator | |
Zhukov et al. | Optimization of magnetic properties and giant magnetoimpedance effect in nanocrystalline microwires | |
Duan et al. | A temperature-dependent hysteresis model for soft ferrites | |
CN105469948B (en) | For manufacturing the method with the magnetic core element for keeping diaphragm | |
CN103928227A (en) | Manufacturing method of single-core direct current component resisting mutual inductor iron core | |
JP6492902B2 (en) | Structure and adhesive member | |
Óvári et al. | Magnetization reversal in zero-magnetostrictive rapidly solidified amorphous nanowires | |
Lasheras et al. | Radiofrequency magnetoelastic resonators for magnetoelectric applications | |
Borza et al. | Single step nanocrystallization of FeCuNbSiB/CoPt (Cu) soft/hard magnetic multilayer microwires | |
Gavrilyuk et al. | Influence of temperature on Δ E effect in amorphous Fe 64 Co 21 B 15 ribbons | |
Zhukova et al. | Stress-induced magnetic anisotropy enabling engineering of magnetic softness GMI effect and domain wall dynamics of amorphous microwires | |
JP5427301B2 (en) | Magnetic sheet manufacturing method and magnetic sheet | |
Ghasemi | Tuning static and high frequency magnetic properties of SrFe12− x (Mn0. 5Co0. 5Ti) x/2O19 nanoparticles and thin films via chemical control | |
KR20130075780A (en) | Soft-magnetic metal strip for electromechanical components |