بخشی از مقاله
چکیده
آلیاژ آهنکبالت؛ داراي خواص مغناطیسی نرم میباشد و در میدانهاي متناوب، ساختمان ماشینهاي الکتریکی و ترانسفورماتورها کاربرد دارد.
در این پژوهش آلیاژسازي مکانیکی ترکیبات 50، 45، 40، 35، 30، 25 ، X= - - 20 درمدت زمانهاي 15، 20، 25و 30 ساعت در اتمسفر گاز آرگون تحت عملیات آسیابکاري قرارگرفتند. جهت بررسی فازهاي تشکیلشده - کبالت با ساختار - FCC , HCP و تشکیل محلول جامد آهنکبالت با ساختار BCCآنالیز پراش پرتو ایکس روي کلیهي ترکیبات آسیابکاريشده صورت گرفت.
به منظور تعیین مورفولوژي ذرات با افزایش زمان آسیابکاري آنالیز میکروسکوپی الکترونی روبشی انجام شد. جهت تشخیص عناصر موجود در نمونه در نقاط مشخص و انتخابی از آن و یا نقشهاي از توزیع عناصر موجود در نمونه با توجه به سطح تصویربرداري؛ از آنالیز اسپکتروسکوپی اشعه ایکس انرژي متفرق - EDS - ؛ استفاده شد.
ارزیابی خواص مغناطیسی با استفاده از دستگاه مغناطومتر ارتعاشی - VSM - ، به صورت منحنی پسماند صورت گرفت. به طور کلی در در ترکیب حاوي کمترین میزان کبالت مدت زمان رسیدن به محلول جامد در 30 ساعت آسیاب کاري به دست آمده و در ترکیب داراي 50 درصد وزنی کبالت مدت زمان آلیاژسازي 20 ساعت میباشد.
با توجه به ارزیابی خواص مغناطیسی نمونههاي سنتز-شده، ترکیب ، داراي بیشترین مغناطشاشباع، به مقدار 266 است و مدت زمان بهینه دستیابی به بیشترین خواص مغناطیسی نرم، 15 ساعت آسیابکاري میباشد. میزان نیروي پسماندزا براي ترکیب مورد نظر در مدت زمان بهینه - - 9/6 حاصلشدهاست. با افزایش درصد کبالت مدت زمان بهینهي آلیاژسازي روند کاهشی داشته است.
با توجه به نتایج ارائهشده از تغییرات خواص مغناطیسی با افزایش درصد کبالت مدت زمان بهینهي انجام عملیات آلیاژسازي 15 ساعت و با استفاده از ترکیب آهن-40 درصدوزنی کبالت بیشترین خواص مغناطیسی به دست آمد.
مقدمه
آلیاژ آهنکبالت، داراي خواص مغناطیسی منحصربهفردي میباشد. این آلیاژها، داراي بالاترین مغناطش اشباع نسبت به دیگر ترکیبات معمول میباشد.[ 1 ] آلیاژ که در سال 1929 کشف شد؛ یکی از معروفترین ترکیبات آهنکبالت میباشد. آلیاژ آهنکبالت با درصد وزنی یکسان آهن و کبالت، داراي بالاترین میزان مغناطش اشباع و بالاترین نفوذپذیري مغناطیسی در بین سایرآلیاژهاي آهنکبالت میباشد. علیرغم تمام ویژگیهاي خوب که براي آلیاژ آهنکبالت با درصد وزنی یکسان ذکر گردید، باید بیان کرد که این آلیاژ داراي کاربرد صنعتی نمیباشد زیرا این آلیاژ به شدت ترد میباشد و افزودن عناصر آلیاژي به ترکیب این آلیاژ، میتواند کاربردهاي صنعتی این آلیاژ را ارتقاء بخشد.
در سال 1932 آلیاژ آهنکبالت وانادیوم به عنوان کشف مهمی در زمینهي مواد مغناطیسی معرفی گردید. وانادیوم، علاوه بر بهبود خواص مکانیکی باعث افزایش زیادي در مقاومت الکتریکی میگردد.[ 2 ]در سالهاي اخیر تحقیقات گستردهاي در مورد خواص آلیاژهاي آهنکبالت تولید شده به روش آلیاژسازي مکانیکی صورت گرفته. کیمو همکاران، با استفاده از آسیاب گلولهاي افقی آلیاژهاي نانوکریستال آهنکبالت را تولید کردند. نتایج تحقیقات آنها نشان میدهد که با افزایش زمان آسیابکاري به خاطر ریزدانه شدن دانهها، مغناطش اشباع نمونهها افزایش مییابد.
همچنین نمونهي Fe-30%wtCo، بیشترین مغناطش اشباع و کمترین مغناطیسزدا را از خود نشان می-
دهد.[3]سورسکوو همکاران، آلیاژهاي را به دو روش آلیاژسازي مکانیکی و سوب لیزر پالسی تولید کردند.
نتایج تحقیقات آنها نشان میدهد که در هر دو روش، بعد از گذشت مدت زمان مناسب، محلول جامد آهنکبالت با ساختار BCC، تشکیل میشود.
لازم به ذکر است که رفتار ابرمغناطیس وابسته به دو پارامتر ناهمسانگردي مغناطیسی و ریزدانه بودن ذرات میباشد. در واقع هدف کلی از انجام این پژوهش بررسی خواص مغناطیسی بهینه براي ترکیبات مختلف آهن کبالت و رسیدن به ترکیب با خواص مغناطیسی نرم بهینه در مدت زمان بهینهي انجام آلیاژ سازي میباشد.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش براي ساخت ترکیبات مختلف آلیاژ آهن کبالت از روش آلیاژسازي مکانیکی استفاده گردید. مواد استفادهشده، عبارت اند از: آهن با خلوص 99/8 درصد و کبالت با خلوص 99/99 درصد که از شرکت مرك آلمان
خریداري شدند. براي سنتز آلیاژ آهن کبالت از روش آلیاژسازي مکانیکی استفاده گردید. لازم به ذکر است که شرایط آسیابکاري تحت اتمسفر گاز آرگون صورت پذیرفت. نسبت وزنی گلوله به پودر 20:1 و سرعت آسیاب کاري 650 دور بر دقیقه مشخص گردید.
بدین منظور جهت آسیابکاري ترکیبات مختلف آهن کبالت به صورت زیر با استفاده از ترازوي دیجیتال با دقت 0/0001 گرم توزین گردید. قبل از انجام آسیابکاري، 4 کاپ موجود در محفظهي دستگاه بالمیل با استفاده از استون و مقداري آب به طور کامل از هر نوع آلودگی ناشی از پژوهشهاي سایر مبرا گردید.
با اتمام فرایند آسیاب-کاري نمونهگیري از هر ترکیب براي انجام آنالیزهاي ساختاري و مغناطیسی انجام گردید.آنالیز پراش پرتوایکس، تکنیکی قدیمی و پرکاربرد در بررسی خصوصیات کریستالها میباشد و براي تعیین ویژگیهاي ساختار کریستالی از قبیل ثابت شبکهي کریستالی، فاصلهي صفحات کریستالی، اندازهي کریستالیت و فاز شبکهي کریستالی، استرس و تنش شبکه مورداستفاده قرار می گیرد. جهت بررسی اندازهي ذرات و مورفولوژي آن از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شده است. جهت بررسی خواص مغناطیسی با استفاده از منحنی پسماند از دستگاه مغناطومتر ارتعاشی استفاده گردید.
نتایج و بحث
حلقه هاي پسماند ترکیب آهن-20 درصد وزنی کبالت را در 4 زمان مختلف 15، 20، 25 و 30 ساعت در شکل 2 نشان دادهشدهاست. از دادههاي حلقههاي پسماند میزان مغناطش اشباع و نیروي پسماندزدا مطابق با جدول 1-4 به دست آمده است. مطابق با داده هاي جدول 6 با افزایش زمان آسیاب کاري میزان مغناطش اشباع افزایش مییابد و مغناطش اشباع به ترکیب شیمیایی وابسته میباشد و با تغییر ترکیب شیمیایی تغییرات گسترده اي در مغناطش اشباع مشاهده میگردد.
هر دو عنصر آهن و کبالت جزء مواد فرومغناطیس و داراي گشتاور مغناطیسی خیلی قوي میباشند که تمایل به هم جهت شدن با یکدیگر را دارند. لازم به ذکر است که با انجام فرایند آلیاژسازي و با افزایش زمان آسیابکاري اندازه کریستالیتها کاهش یافته و تعداد حوزههاي مغناطیسی در هر دانه کاهش مییابد و در نتیجه بر همکنش گشتاورهاي مغناطیسی بین اتمها افزایش مییابد و ماده با انرژي کمی مغناطیسی میشود.
بنابراین با افزایش زمان آسیابکاري ذرات به صورت هممحور درآمده و در این مرحله اندازه و شکل ذرات تقریبا یکسان میباشد. با هممحور شدن ذرات، ناهمسانگردي شکل کاهش مییابد و مغناطش اشباع افزایش چشمگیري پیدا میکند. میزان مغناطش اشباع با انجام فرایند آلیاژسازي و افزایش مدت زمان آیاب کاري از 208/8 - emu/g - به میزان 248/5 - emu/g - افزایش یافته و به دنبال آن میزان نیروي پسماندزدا از 16/4 - Oe - به - 10/5 - Oe کاهش یافتهاست.
