بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله آلیاژ فلزی آمورف با ترکیب Fe80Si9B11 در دماهای 100، 300،200، 400 و 500 درجهی سانتیگراد، که پایینتر از دمای تبلور ترکیب هستند، تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. پس از انجام عملیات حرارتی ویژگیهای مکانیکی و میکروساختاری نمونه با استفاده از آنالیزهای XRD و میکروسختیسنجی ویکرز مورد مطالعه قرار داده شد.
نتایج بدست آمده نشان میدهد که گرما دادن در دماهای پایین منجر به بهبود خواص مکانیکی نمونه، از قبیل سختی آن میشود، اما با میل کردن دما به سمت دمای تبلور، آثار شکنندگی و تبلور در نمونهها ظاهر میشود، که تیز شدن پیکهای XRD این مطلب را تأیید میکند. همچنین این نمونهها تحت تابش لیزر Nd:YAG قرار گرفتند. پس از پرتودهی، خواص مغناطیسی نمونه ها با روش مغناطش سنج لرزشی - VSM - مورد بررسی قرار داده شد.
این بررسیها نشان میدهد که ابتدا خواص مغناطیسی مواد آمورف با افزایش شار انرژی بهتر شدند. اما افزایش بیشتر انرژی پرتو تابشی منجر به ایجاد تبلور و در نهایت کاهش کیفیت خواص کاربردی نمونهها میشد.
مقدمه
مواد فلزی آمورف طبقهی نسبتاً جدید از مواد مهندسی هستند که از نظر پیکربندی، مایع منجمد شدهاند که موفق نشدهاند در طی انجماد از حالت مذاب به بلور تبدیل شوند. در حالیکه از نظر الکتریکی و اپتیکی مانند فلزات معمولی هستند. بلوری نبودن و نداشتن نقص های گسترده مانند جاهای خالی، دررفتگیها یا مرزدانهها باعث بهبود خواص مکانیکی - مانند سختی و انعطافپذیری بالا و مقاومت زیاد در برابر خوردگی و زنگزدگی و سایش و خوردگی - و مغناطیسی آنها شده است
این مواد همانند مغناطیسهای نرم، نفوذپذیری مغناطیسی و اشباع مغناطیسی بالایی دارند. عدم وجود مرزدانهها، حرکت آسان حوزهها را ممکن میسازد و به همین دلیل، میتوانند به عنوان هستهی مغناطیسی در ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی به کار روند. مغناطیسسنج ارتعاشی - VSM - اساس و ابزاری برای اندازهگیری خاصیت مغناطیسی مواد است. این دستگاه یکی از دستگاههای مفید در آزمایشگاه برای اندازهگیری خواص مغناطیسی مواد است.در شکل 1 نمونه منحنی پسماند و پارامترهای بدست آمده از آن آورده شده است.
شکل:1 نمونه منحنی پسماند و پارامترهای بدست آمده از آن.
نتایج و بحث
طیفهای XRD نشان میدهد که نمونهی آنیل نشده آمورف است چون دارای پیکهای پهن با ارتفاع کم میباشد. پس از گرما دادن در دماهای 100،200،300 درجهی سانتیگراد نمونه هنوز ساختار آمورف خود را حفظ کرده است به عبارت دیگر عملیات حرارتی تنها باعث واهلش ساختاری نمونه شده و آثار تبلور محسوس نیست. اما گرما دادن در دمای 400 درجهی سانتیگراد، باعث تبلور نمونه میشود و حدودأ در دمای500 درجهی سانتیگرادنمونه کاملاً بلوری شده، دارای صفحات براگ است. در واقعپیکهای تیز ظاهر شده در طیف ناشی از حضور دانههای بلوری در اثر رفتار گرمایی میباشد. نتایج بدست آمده از آنالیز XRD در شکل 2 قابل مشاهده است.
شکل :2 طیف .XRD
نتایج حاحل از سختی سنجی برای بارهای 5 گرمی و 25 گرمی در شکل 3 نمایش داده شده است که نشان میدهد با افزایش دما، سختی نمونه ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابند. بیشینهی دو نمودار در یک دمای مشترک اتفاق افتاده است. میدانیم که سختی ویکرز جزو سختیسنجیهای مقاومت در برابر فرورفتگی است که معیاری از مقاومت ماده در برابر فرورفتگی هستند. پس نتیجه می-شود که سطح این آلیاژها از پایداری کمتری برخوردار بوده و در مقابل حرارت پایینتری نسبت به لایههای داخلی به بلور گذار می- یابد به عبارت دیگر لایههای سطحی ناپایدار بوده و در درجه حرارت پایینتری نسبت به لایههای داخلی متبلور میشوند.
شکل:3 مقایسهی سختی ویکرز برحسب دما برای بارهای 5 و 25 گرمی اعمال شده برنمونه.
خواص مغناطیسی نمونه ها که در شرایط مختلف تحت تابش لیزر قرار گرفتهاند توسط دستگاه VSM اندازه گیری شده که منحنی های هیسترزیس نتیجهی این آزمایش می باشند و سپس از تحلیل و بررسی این منحنی می توان نیروی اورستد - وادارندگی - و مغناطش اشباع را به دست آورد. اثر تابش لیزر روی برخی خواص مغناطیسی نمونهی مورد آزمایش از قبیل مغناطش اشباع بررسی شده است.
مغناطش اشباع به صورت تابعی از میدان مغناطیسی اعمالی اندازهگیری شده است. در شکل 4 مشاهده میشود برای مواد آمورف، پس از پرتودهی لیزری، مغناطش اشباع و مغناطش پسماند ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد. دیده میشود مغناطش اشباع ابتدا افزایش مییابد که نشان از تغییر ساختار نمونهها دارد. با افزایش شار انرژی مقدار مغناطش اشباع کاهش مییابد که این امر حاکی از متبلور شدن نمونه و همجهت شدن اسپینها و در نتیجه افزایش حجم حوزههای مغناطیسی است.
شکل:5 نمودار .VSM
.3 شرح آزمایش
نمونهی آزمایش شده آمورف Fe80B11Si9 میباشد که به روش ذوب چرخشی - - Melt Spinning تهیه شده است.
نمونه های انتخاب شده به طول 3 cm را در دماهای1000C،2000C،3000C، 4000C و5000C،و خلأ 10- 3Torr هر کدام به مدت1 ساعت گرما داده شد. نمونهها قبل و بعد از گرما دادن با استفاده از - Philips 3710 - XRD مطالعه شد. برای بدست آوردن سختی نمونهها از روش میکروویکرز استفاده میکنیم که در آن بارهای اعمال شده برابر 5g و 25 gو مدت زمان اعمال هر نیرو 10s میباشد
. مدل دستگاه مورد استفاده MVK-H2، ساخت شرکت Akashi Japan است. در این روش میانگین قطر اندازهگیری شده را در فرمول زیر قرار میدهیم تا سختی نمونه بدست آید:
با استفاده از لیزر نئودیمیم یاگ مدل - YAG 50 Model acousto-optic Q -swithed - پرتودهی نمونهها انجام شد. این لیزر دارای طول موج 1064 nm و پهنای پالس 240 ns است. این لیزر به یک سامانه گالوا اسکنر مجهز است که قادر است پروفایل تصویر دریافتی از رایانه را از طریق اسکن به وسیله باریکه متمرکز شده لیزر روی سطح ایجاد نماید.
در این تحقیق تک تک نمونهها تحت تابش لیزر با پروفایل مربعی شکل به ابعاد 8×8 mm 2 قرار گرفت. در هنگام تابش لیزر روی نمونهها گاز آرگون از طریق یک نازل جانبی محل تحت تابش را پوشش میدهد تا از اکسید شدن پیشگیری گردد. بررسی خواص مغناطیسی توسط دستگاه BHV-55, Riken, Japanانجام شد.
