Ferromágneses anyagok (Járműanyagok c. Bs.C. tárgy)

Az előadások a következő témára: "Ferromágneses anyagok (Járműanyagok c. Bs.C. tárgy)"— Előadás másolata:

1 Ferromágneses anyagok (Járműanyagok c. Bs.C. tárgy)
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar Gépjárművek és Járműgyártás Tanszék Ferromágneses anyagok (Járműanyagok c. Bs.C. tárgy) Készítette: Bán Krisztián Budapest, 2013

2 Anyag viselkedése mágneses térben
Maxwell egyenlete: B= μ0H+M M=M(H) B=μH μ=μ(H) M= μ0H B=μ0(1+)H μr= 1+ H: mágneses térerősség vektora: (A/m), B: indukció vektor: (Vs/m2), M: mágnesezettség vektora: (Vs/m2), μ: permeabilitás: (Vs/Am), μ0: vákuum permeabilitása: (Vs/Am), μr: relatív permeabilitás: dimenzió nélküli mennyiség.

3 Anyag viselkedése mágneses térben
Diamágneses anyagok Paramágneses anyagok Ferromágneses anyagok (Guy)

4 Anyag viselkedése mágneses térben
(Varga)

5 Anyag viselkedése mágneses térben

6 Anyag viselkedése mágneses térben

7 Anyag viselkedése mágneses térben

8 Anyag viselkedése mágneses térben

9 Anyag viselkedése mágneses térben

10 Anyag viselkedése mágneses térben

11 A ferromágneseség atomi szinten
Elektronok: pályamágneses momentuma, saját mágneses momentuma → spinkompenzálatlan elektronok → lezáratlan d vagy f alhéj. Egysége a Bohr-magneton, jelölése: μB. (Kittel)

12 A ferromágneseség atomi szinten
Kicserélődés jelensége: Kötött elektronok: Heisenberg modell: EHeis= –2Jexs1s2 Szabad elektron elmélet: 1. ábra A kicserélődési felhasadás je-lensége: (a) a felhasadás ellenére átfe-dés van a két energiasáv között, (b) a nagyobb kicserélődési felhasadás. (Jiles)

13 A ferromágneseség atomi szinten
Átlagos atomtávolságok hatása: 2. ábra A Bethe–Slater görbe, mely megadja a kicserélődési in-tegrál (J) értékét az atomok kö-zötti távolság (a) és a d héj suga-rának (d) függvényében. Befolyásoló tényezők: fázisátalakulás, allotróp módosulatok, belső fezsültségek: rácshibák, hőkezelés, intersztíciós oldódás, … (Holics)

14 A ferromágneseség atomi szinten
Példa: (Novák)

15 A ferromágneseség atomi szinten
Ötvözés hatása: Fig. 1. The Slater–Pauling curve which gives the net magnetic moment per atom as a function of the number of 3d electrons per atom.

16 A ferromágneseség atomi szinten
A hőmérséklet hatása: Direkt hatás: 3. ábra A spontán mágnesezettség alakulása a hőmérséklet függvényé-ben vas, kobalt és nikkel egy do-ménjén belül. (Jiles) Indirekt hatás: szerkezeti tulajdonságokon keresztül

17 Doménszerkezet: (Kittel)

18 Doménszerkezet: Felmágnesezés, doménfal mozgása: (Kittel)

19 Ferromágneses anyagok:
A telítési indukció és a relatív per-meabilitás kapcsolata különböző lágymágneses anyagcsaládokban. (McHenry)

20 Ferromágneses anyagok:
(???)

21 Mikroszerkezet, szemcseméret hatása:
A mágneses tulajdonságok módosítása: Mikroszerkezet, szemcseméret hatása: (Herzer)

22 A mágneses tulajdonságok módosítása:

23 A mágneses tulajdonságok módosítása:
(Mészáros István)

24 A mágneses tulajdonságok módosítása:
Hőkezelések: feszültségmentesítés, mágnesteres hőkezelés. 8. ábra A permeabilitás térerő függése különböző hőmérsékleten hőkezelt Fe40Ni40Si6B14 minták esetében. 6. ábra Nanokristályos FINEMET ötvözet DC mágnesezési görbéje mágnesteres hő-kezelés után. (Varga)

25 A mágneses tulajdonságok módosítása:
Nanokristályos vasmaganyagok gyártása: A termodinamikai állapotjelzők és a fajtérfogat sematikus ábrázolása az üvegátalakulás során két különböző hűtési sebességgel előállított üveg esetében.

26 A mágneses tulajdonságok módosítása:
Nanokristályos vasmaganyagok gyártása: (Varga) 4. ábra FINEMET típusú ötvözet mágnesezési görbéje 5kHz-en mérve. 1– hőkezeletlen minta, 2– 400°C-on 1 óráig hőkezelt minta, 3– 520°C-on 1 óráig hőkezelt minta.

27 Izoterm hőkezelés hatása Fe80B20 fémüveg Curie-hőmérsékletére.
A mágneses tulajdonságok módosítása: A szerkezeti relaxáció hatása: Pl. a TC változása: A termodinamikai állapotjelzők és a fajtérfogat sematikus ábrázolása az üvegátalakulás során két különböző hűtési sebességgel előállított üveg esetében. Izoterm hőkezelés hatása Fe80B20 fémüveg Curie-hőmérsékletére.

28 A termomágneses görbe A termomágneses görbe kiértékelése:
16. ábra Hidegen hengerelt kristályos nikkel lemez termomágneses gör-béje, és a Curie-hőmérséklet meghatározásához használt segédvonalak.

29 Lágymágneses anyagok

30 Lágymágneses anyagok Fe–Si ötvözetek: nagy telítés,
nagyobb veszteség → kis frekvencia, trafólemez.

31 Lágymágneses anyagok Fe–Ni ötvözetek: Permalloy, Magneperm, Mumetal, Supermalloy nagy fajlagos ellenállás, kis magnetostrikció, kis anizotrópia → nagy relatív permeabilitás, tekercsvasmagok, transzformátorok, nagyobb frekv. alkalmazások.

32 Lágymágneses anyagok Fe–Co ötvözetek: Permendur, Hiperco és Supermendur - nagy telítési indukció → elektromágnesek (egyenáramú), beavatkozók. Amorf ötvözetek: kis koercitív erő → kis hiszterézisveszteség, nagy permeabilitás, nagy fajlagos ellenállás, kisebb Curie-pont, nagy fluxussűrűség, nagyobb vasveszteség, kis telítési indukció → inkább nanokristályos anyagok, nanokristályos szalagok kiinduló anyaga. Nanokristályos ötvözetek: 10–15 nm, esetleg részleges amorf hányad, kis koercitív erő → kis hiszterézisveszteség, nagy permeabilitás, nagy fajlagos ellenállás, nagyobb telítési indukció, nagyobb frekvencia, kisebb teljesítmény, zavarszűrők, kapcsolóüzemű tápegységek Lágy ferritek: porkohászati kerámiák, szigetelőanyagok → nagy frekvenciára jó, a frekvenciával egy határértékig nem változik a permeabilitás, kis telítési indukció, zavarszűrő, híradástechnika, rúdantenna, szélessávú jel transzformátor

33 Keménymágneses anyagok