Własności magnetyczne i mechaniczne materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej wzmacnianych cząstkami magnetycznie twardymi Nd-Fe-B, Publikacje z Materials Physics

Pobierz Własności magnetyczne i mechaniczne materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej wzmacnianych cząstkami magnetycznie twardymi Nd-Fe-B i więcej Publikacje w PDF z Materials Physics tylko na Docsity!

A^ M 1 2th M^ E

’^2 00

3

Własno
ci magnetyczne i mechaniczne materiałów kompozytowych o osnowie

polimerowej wzmacnianych czstkami magnetycznie twardymi Nd-Fe-B

∗

L.A. Dobrzaski, M. Drak

Zakład Technologii Procesów Materiałowych i Technik Komputerowych w Materiałoznawstwie Instytut Materiałów Inynierskich i Biomedycznych, Politechnika lska ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland

W pracy przedstawiono wyniki bada własno
ci magnetycznych i mechanicznych materiałów kompozytowych magnetycznie twardych o osnowie polimerowej z czstkami ze sproszkowanej szybko chłodzonej ta
my z dodatkami proszków metali

1. WPROWADZENIE

Dynamiczny rozwój techniki i technologii stwarza konieczno
 zwikszania wymaga stawianych wobec materiałów stosowanych na magnesy twarde. Powinny one mie nie tylko wysokie własno
ci magnetyczne, ale take odpowiednie własno
ci mechaniczne. Za zwikszeniem własno
ci mechanicznych magnesów przemawiaj take wzgldy ekonomiczne. Materiały te pracuj w wielu precyzyjnych i drogich urzdzeniach, wic poprawa własno
ci mechanicznych wie si ze zwikszeniem trwało
ci zarówno magnesów jak i urzdze [1-3]. Obecnie uwaga skupia si na materiałach opartych na metalach ziem rzadkich i metalach przej
ciowych, które pozwalaj na otrzymanie bardzo dobrych magnesów trwałych typu Sm-Co i Nd-Fe-B. Materiały te w zaleno
ci od sposobu ich wytwarzania (np.: spiekanie, formowanie na zimno lub na gorco) cechuj róne własno
ci magnetyczne i mechaniczne. Mniejsza podatno
 na korozj magnesów wizanych materiałami polimerowymi oraz moliwo
 formowania dowolnych kształtów z du dokładno
ci, a take prostsza i tasza technologia produkcji powoduj, e znajduj one coraz szersze zastosowanie w technice [3, 5]. Materiały te maj jednak niskie własno
ci mechaniczne, a podczas pracy magnesy naraone s na naprenia mechaniczne, które mog by przyczyn ich uszkodzenia. Konieczne jest opracowanie magnesów o odpowiednich własno
ciach mechanicznych. Metod zwikszania własno
ci mechanicznych materiałów kompozytowych jest wprowadzanie wzmocnie wewntrznych, zewntrznych lub mieszanych [6]. W celu zwikszenia własno
ci mechanicznych magnesów proszek magnetycznie twardy Nd-Fe-B mona miesza z proszkami metali i ich stopów. Technologia ich wytwarzania jest taka jak w przypadku wytwarzania magnesów wizanych, lecz dodatkowo uzyskuje si obnienie kosztów materiałowych ze wzgldu na nisz cen dodatków [3,7].

∗ (^) Autorzy uczestnicz w realizacji projektu CEEPUS No PL-013/03-04 kierowanego przez

Prof. L.A. Dobrzaskiego

216 L.A. Dobrza
ski, M. Drak

Celem niniejszej pracy jest zbadanie własno
ci magnetycznych i mechanicznych materiałów kompozytowych magnetycznie twardych Nd-Fe-B uzyskanych z proszku otrzymanego metod szybkiego chłodzenia przez wprowadzenie dodatków proszków metali i ich stopów: elaza, aluminium, odlewniczego stopu miedzi z cyn CuSn10 oraz stali wysokostopowej X2CrNiMo17-12-2.

2. PRZEBIEG BADA

Badania wykonano na próbkach materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej wzmacnianych czstkami magnetycznie twardymi ze sproszkowanej szybko chłodzonej ta
my Nd-Fe-B z dodatkami metalowymi: elazo, aluminium, odlewniczy stop miedzi z cyn CuSn10, stal wysokostopowa X2CrNiMo17-12-2 o udziale masowym 5, 10 i 15%. Jako osnow zastosowano termoutwardzaln ywic epoksydow (2,5 % masowo). W celu uzyskania po
lizgu podczas prasowania i wycigania próbki z matrycy stosowano stearynian cynku (0,2 % masowo). Materiały kompozytowe prasowano jednostronnie jednoosiowo w temperaturze pokojowej pod ci
nieniem 800 - 900 MPa, a nastpnie utwardzano w temperaturze 180°C przez 2 godziny. Badania własno
ci magnetycznych przeprowadzono na urzdzeniu typu MCS przeznaczonym do badania magnesów trwałych w obwodzie magnetycznym ze szczelin powietrzn. Urzdzenie to umoliwia badanie próbek walcowych o małej smukło
ci. Metoda badania oparta jest na pomiarze, za pomoc hallotronu, indukcji magnetycznej B 0 w szczelinie midzy biegunem elektromagnesu, a powierzchni czołow próbki oraz na pomiarze natenia zewntrznego pola magnesujcego H 0 wytwarzanego przez elektromagnes. Podczas badania rejestrowano ptl histerezy i wyznaczano remanencj Br, koercj HcB, HcJ, maksymaln gsto
 energii (BH)max oraz przenikalno
 rewersyjn μrev. Badania wytrzymało
ci na
ciskanie materiałów kompozytowych przeprowadzono na uniwersalnej maszynie wytrzymało
ciowej typu INSTRON 1150. Badania twardo
ci przeprowadzono metod Brinella przy zastosowaniu kulki o
rednicy 2,5mm i obcienia 31,25N.

3. OMÓWIENIE WYNIKÓW BADA

Wyniki przeprowadzonych bada własno
ci magnetycznych zamieszczono w tablicy 1. Materiał kompozytowy bez dodatków charakteryzuje remanencja (Br = 0,706 T), koercja indukcji (HcB = 448,5 kA/m), koercja polaryzacji (HcJ = 743,5 kA/m) oraz maksymalna gsto
 energii (BHmax = 82,45 kJ/m^3 ). W przypadku zastosowania magnetycznie mikkiego proszku elaza obserwuje si niewielkie zmiany warto
ci remanencji. Proszki niemagnetycznie zmieniaj remanencj w wikszym stopniu. Dodatek proszku aluminium powoduje najwiksze zmiany, proszki stopu CuSn10 i stali wysokostopowej zmniejszaj remanencj w mniejszym stopniu. Wszystkie proszki dodatków obniaj warto
 koercji. Najwiksze zmiany koercji obserwuje si dla proszku elaza. Mniejsze zmiany wystpuj dla proszku aluminium. Proszki odlewniczego stopu miedzi z cyn i stali wysokostopowej zmniejszaj koercj w najmniejszym stopniu. Najwiksze rónice maksymalnej gsto
ci energii BHmax obserwuje si dla proszku aluminium, mniejsze dla proszku elaza, natomiast najmniejsze dla proszków odlewniczego stopu miedzi z cyn CuSn10 i stali wysokostopowej X2CrNiMo17-12-2. Due zmiany koercji powoduj wzrost przenikalno
ci rewersyjnej μrev badanych materiałów kompozytowych z dodatkiem proszku magnetycznie mikkiego z warto
ci 1,19 dla materiału kompozytowego bez dodatków do warto
ci 1,35; 1,58 i 1,76 odpowiednio dla 5, 10 i 15% dodatku proszku elaza.

218 L.A. Dobrza
ski, M. Drak

Twardo
 materiału kompozytowego bez dodatku proszku metalowego wynosi 35 HBW. Proszek elaza, stali wysokostopowej X2CrNiMo17-12-2 i odlewniczego stopu miedzi z cyn CuSn10 poprawiaj twardo
 materiałów kompozytowych. Najlepsz twardo
ci charakteryzuj si materiały kompozytowe z dodatkiem proszku stali wysokostopowej X2CrNiMo17-12-2. Proszek stali o udziale 5% zwiksza twardo
 do 36,2 HBW, 10 i 15% proszku odpowiednio do 38,6 i 39,8 HBW. Dodatek proszku aluminium zmniejsza twardo
 materiałów kompozytowych. Zmiany s tym wiksze im wikszy jest udział proszku aluminium

4. PODSUMOWANIE

Przeprowadzone badania wskazuj na zrónicowanie własno
ci magnetycznych badanych materiałów kompozytowych w zaleno
ci od zastosowanego dodatku metali lub ich stopów. Własno
ci te zale zarówno od rodzaju jak i udziału proszku dodatku. Magnetycznie mikki proszek elaza nie powoduje zmian remanencji, obnia maksymaln gsto
 energii i wpływa w najwikszym stopniu na koercj oraz zmienia warto
 przenikalno
ci rewersyjnej. Niemagnetyczne proszki nie zmieniaj przenikalno
ci rewersyjnej. Proszek aluminium zmniejsza w najwikszym stopniu remanencj i maksymaln gsto
 energii oraz obnia koercj. Proszki odlewniczego stopu miedzi z cyn CuSn10 i stali wysokostopowej X2CrNiMo17-12-2 maj najmniejszy wpływ na zmniejszenie własno
ci magnetycznych badanych materiałów kompozytowych. Wprowadzenie proszków metalowych powoduje zwikszenie zarówno wytrzymało
ci na
ciskanie jak i twardo
ci otrzymanych magnesów. Najwikszy wpływ na zwikszenie wytrzymało
ci na
ciskanie ma proszek elaza. Pozostałe proszki dodatków take wpływaj korzystnie na wytrzymało
 na
ciskanie otrzymanych materiałów kompozytowych. Proszki metalowe poprawiaj twardo
 materiałów kompozytowych. Najkorzystniejszy wpływ ma proszek stali wysokostopowej X2CrNiMo17-12-2.

LITERATURA

1. Fiepke J.W.: Permanent magnet materials, ASM Handbook, Properties and Selection Nonferrous Alloys and Special Purpose Materials, 2, 1990, p. 782 – 803
2. Leonowicz M.: Nowoczesne materiały magnetycznie twarde. Wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1996
3. lusarek B.: Dielektromagnesy, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napdów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2001
4. Yamashita F., Hashimoto S., Sasaki Y., Fukunaga H.: IEEE Transaction on Magnetics, 35 (5) (1999) 3304.
5. Missol W.: 14 th^ International Scientific Conference Advanced Materials and Technologies. Gliwice – Zakopane, 1995, p. 313 – 316
6. Boczkowska A., Kapu
   ciski J., Puciłowski K., Wojciechowski S.: Kompozyty, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2000
7. Leonowicz M.: Przegld Elektrotechniczny, 9 (2002) 261