Research of ferromagnetic powder and the coatings on their basis

全文:

Развитие науки и техники требует создания новых перспективных магнитомягких материалов для изделий элементной базы электронных приборов: сердечников магнитомодуляционных датчиков, магнитопро-водов и магнитных экранов. Осуществлять компакти-рование детали сложной геометрической формы и слоев магнитных экранов возможно методом плазменного напыления исходными магнитомягкими порошками. Магнитные свойства таких изделий в значительной мере будут определяться качеством исходных порошков, полученных различными методами из прецизионных магнитных сплавов. Для исследования были выбраны порошки магнитомягких материалов с высокой магнитной проницаемостью из кристаллических сплавов 79НМ, 10СЮ и аморфного сплава 71КНСР (см. таблицу). Химический состав исследуемых порошков № п/п Марка порошка Размер фракции порошка, мкм Химический состав, % По ТУ Измеренный 1 79 НМ 50-80 Ni - 68,6-70 Mo - 2,7 Si - 0,03-0,1 Fe - остальное Ni - 78,5-80 Mo - 3,8-4,1 Si - 0,2 Fe - остальное 2 10СЮ 50-80 Si - 9,65 Al - 5,45 Fe - остальное Si - 9,6 Al - 5,4 Fe - остальное 3 71КНСР 50-63 Со - 71 Ni - 12 Fe - 6 C - 3 Si - 7 Co - 72,5 Ni - 12,0 Fe - 6,5 C - 3,5 Si - 6,4 Mn - 0,3 Проводились металлографические, электронномикроскопические исследования, а также исследования рентгеновского микроанализа (РМА) для исходных порошков и плазмонапыленных покрытий из них [1]. Частицы порошка 79НМ имели преимущественно сферическую форму и отличались значительной неоднородностью по размеру (10-80 мкм). При анализе шлифов в частицах порошка обнаружены поры и неметаллические включения, которые в соответствии с выявленными признаками в светлом и темном полях зрения можно классифицировать как оксиды, что подтвердилось данными РМА и явилось окислом железа. Микроструктура частиц после травления представляла собой однофазный у-твердый раствор, отличающийся разнозернистостью. Границы зерен сильно растравлены, что может быть связано с процессами окисления и образования приграничных областей с повышенной дефектностью структуры при получении порошкового материала. Проведенный РМА частиц выявил значительную неоднородность по химическому составу, например, содержание Мо колеблется в пределах 1,43-4,13 % вместо 2,7 % по технической документации. Наличие внутренней пористости, неметаллических включений, окисных слоев, неоднородной микроструктуры и отличий по химическому составу препятствует получению плотных качественных покрытий с необходимым уровнем магнитных свойств. Частицы порошка 10СЮ имели осколочную форму, неоднородны по размеру (5-60 мкм) и характеризуются наличием большого количества микротрещин различной протяженности. Микроструктура частиц представляет собой однофазный у-твердый раствор, при увеличении более чем в 1250 крат видно ячеистодендритное строение. Поверхность частиц покрыта оксидной пленкой различной толщины на основе Al, поэтому не представляется возможным оценить степень неоднородности порошка по химическому составу. Частицы порошка 71КНСР осколочной формы и однородны по размеру (50-63 мкм). Травление частиц не позволило выявить структуру сплава. В сечении наблюдались интенсивные растравы поверхности, имеющие вид трещин. Можно предположить, что они образовались в местах расположения концентрированных неоднородностей, расслоения аморфной фазы. Анализ поверхности шлифов плазмонапыленных покрытий из сплавов 79НМ и 10СЮ фракцией 10-80 мкм показал, что они имеют идентичный характер. В процессе напыления частиц среди расплавленных попадаются и оплавленные. Наблюдаются зазоры и пустоты, количество которых определяет пористость покрытия. Структура имеет характерное для плазменного покрытия слоистое строение. Между слоями оплавленных частиц наблюдаются темные прослойки, которые, как показал РМА, представляют собой в сплаве 79НМ оксиды на основе железа, а в сплаве 10СЮ - оксиды на основе алюминия. Они 73 Математика, механика, информатика образовались в покрытии из-за наличия оксидных пленок, имеющихся на частицах порошка в исходном состоянии. Выявленные оксидные пленки отрицательно влияют на свойства межслойных границ, способствуя образованию трещин. Отличительным признаком покрытий из сплава 71КНСР является отсутствие слоистого строения [2]. Это можно объяснить отсутствием на поверхности исходного порошка окисной пленки, препятствующей плотному сцеплению частиц. Покрытие характеризуется лишь наличием пор, одной из причин образования которых можно считать попадание крупных частиц порошка в струю плазмотрона [3]. Анализ магнитных характеристик показывает, что напыленные покрытия из сплавов 79НМ и 10СЮ в нетермообработанном состоянии имеют низкий уровень магнитных свойств; магнитная проницаемость при напряженности магнитного поля от 0,5 до 3,0 Э составила 100-300 Гс/Э. Магнитная проницаемость на образце-свидетеле в виде покрытия из не-термообработанной ленты сплава 79НМ толщиной 50 мкм, полученного намоткой в 5 слоев на тороидальную подложку (толщина полученного слоя 250 мкм), составила 100-150Гс/Э в тех же полях, т. е. значения магнитной проницаемости примерно одинаковы (рис. 1). цаемость 9000 Гс/Э в поле 0,1 Э, т. е. в 1,5 раза выше, чем напыленный материал. Полученные данные показывают, что с ростом толщины напыленного слоя значение максимальной магнитной проницаемости снижается (рис. 2) и одновременно наблюдается меньшая зависимость проницаемости от напряженности магнитного поля. При этом основные различия магнитной проницаемости наблюдаются в полях 1,5 Э, а затем значения проницаемости примерно одинаковы (от 1000 до 1500 Гс/Э в полях более 2 Э). Максимальный коэффициент экранирования составил 90 в поле 6-7 Э, на образце из ленты величина коэффициента экранирования превышала 200 при той же напряженности магнитного поля. Рассматривая зависимость коэффициента экранирования от толщины покрытия, можно заметить уменьшение максимального коэффициента экранирования (в полях до 10 Э) и повышение значения в полях напряженностью до 50 Э при меньшей зависимости Кэ напыленного слоя от напряженности магнитного поля. В полях от 40 Э значения Кэ - от 5 до 25 при толщине покрытия от 200 до 660 мкм (рис. 3). Результаты более детальных исследований плазмонапыленных покрытий порошков из сплава 71КНСР приведены в монографии [4]. На основании этих исследований была разработана оригинальная конструкция магнитного экрана. При плазменном компактировании изделий электронной техники целесообразно применять в качестве исходного порошка сплав 71КНСР, магнитная проницаемость покрытий достигает 6000 Гс/Э. Рис. 1. Зависимость магнитной проницаемости ц от величины магнитного поля Н(Э) для кристаллических сплавов Максимальный коэффициент экранирования напыленных покрытий в полях 3-4 Э равен 2. Коэрцитивная сила материалов покрытий: 79НМ - 0,4 Э, 10СЮ - 0,33 Э, а образца-свидетеля из ленты 79НМ - 0,45 Э. Магнитные свойства, измеренные на образцах с покрытием из сплава 71КНСР, имеют следующие значения. Максимальная магнитная проницаемость напыленных в одинаковых условиях образцов при различной толщине покрытий от 200 до 600 мкм составила 2000-6000 Гс/Э при напряженности магнитного поля 0,1-0,35 Э. Образец-свидетель из ленты аморфного сплава 71КНСР имел магнитную прони Рис. 2. Зависимость магнитной проницаемости ц от величины напряженности магнитного поля Н(Э) для покрытий из аморфного сплава 71КНСР при различной толщине покрытия: 1 - лента; 2 - 200 мкм; 3 - 400 мкм; 4 - 600 мкм 74 Вестник СибГАУ. № 1(53). 2014 Рис. 3. Зависимость коэффициента экранирования Кэ от напряженности магнитного поля Н для сплава 71КНСР при различной толщине: 1 - 200 мкм, 2 - 660 мкм, 3 - 600 мкм, 4 - 400 мкм

作者简介

Viktor Saunin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev

Email: telegin@sibsau.ru
Candidate of Economic Sciences, associate professor, Leading researcher

Sergey Telegin

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev

Email: telegin@sibsau.ru
Candidate of Economic Sciences, associate professor, senior researcher

参考

补充文件