Обговорюється вплив магнітного поля на механічні властивості алюмінієвих сплавів і ефекти магнітного післядії. Виявлено мікровключення FeAl, створюють внутрішні напруги в алюмінієвій матриці. мікронапруги змінюють повзучість, мікротвердість і динаміку дислокацій в магнітному полі. Повідомляється також про зворотний ефект, який можна назвати магнітомеханічне або п'єзомагнітних. Він полягає в збільшенні коерцитивної сили микровключений, викликаної пластичною деформацією алюмінію. Ці досліди показують, що мікровключення можна використовувати в якості сенсорів механічних напружень, за допомогою яких можна вимірювати залишкові напруги в матеріалах.

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Моргунов Р.Б., Валєєв Р.А., Скворцов А.А., Корольов Д.В., Піскорський В.П.


MAGNETOPLASTIC AND MAGNETOMECHANIC EFFECTS IN ALUMINUM ALLOYS WITH MAGNETOSTRICTIVE MICRO INCLUSIONS

Effect of magnetic field on mechanical properties of aluminum alloys and magnetic after-effects are discussed. The FeAl microinclusions providing internal stresses in aluminum matrix were revealed. These stresses affect creep, microharness and dislocation dynamics in magnetic field. The opposite effect, which can be called magnetomechanic or piezoelectric, is also repor-ted. It consists in increasing the coercive force of microinclusions caused by plastic deformation of aluminum. These experiments show that microinclusions can be used as sensors of mechanical stresses, with the help of which residual stresses in materials can be measured.


Область наук:
  • нанотехнології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: праці ВІАМ

    Наукова стаття на тему 'МАГНІТОПЛАСТІЧЕСКІЙ І магнітомеханічне ЕФЕКТИ В АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВАХ З магнітострикційному мікровключеннями'

    Текст наукової роботи на тему «МАГНІТОПЛАСТІЧЕСКІЙ І магнітомеханічне ЕФЕКТИ В АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВАХ З магнітострикційному мікровключеннями»

    ?УДК 537.621

    11 2 1 Р.Б. Моргунов, Р.А. Валєєв, А.А. Скворцов, Д.В. Корольов ,

    В.П. Піскорскій1, Є.І. Куніцина3, В.В. Кучеряев1, О.В. Коплак3

    МАГНІТОПЛАСТІЧЕСКІЙ І магнітомеханічне ЕФЕКТИ В АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВАХ З магнітострикційному мікровключеннями

    DOI: 10.18577 / 2307-6046-2019-0-10-3-13

    Обговорюється вплив магнітного поля на механічні властивості алюмінієвих сплавів і ефекти магнітного післядії. Виявлено мікровключення FeAl, створюють внутрішні напруги в алюмінієвій матриці. Мікронапруги змінюють повзучість, мікротвердість і динаміку дислокацій в магнітному полі. Повідомляється також про зворотний ефект, який можна назвати магнітомеханічне або пьезомаг-нітних. Він полягає в збільшенні коерцитивної сили микровключений, викликаної пластичною деформацією алюмінію. Ці досліди показують, що мікровключення можна використовувати в якості сенсорів механічних напружень, за допомогою яких можна вимірювати залишкові напруги в матеріалах.

    Ключові слова: повзучість, мікротвердість, дислокації, магнітопластічность, магнітострикція.

    11 1 R.B. Morgunov1, R.A. Valeev1, A.A. Skvortsov2, D. V. Korolev1,

    V.P. Piskorskii1, E.I. Kunitsyna3, V. V. Kucheryaev1, O. V. Koplak3

    MAGNETOPLASTIC AND MAGNETOMECHANIC EFFECTS

    IN ALUMINUM ALLOYS WITH MAGNETOSTRICTIVE MICRO INCLUSIONS

    Effect of magnetic field on mechanical properties of aluminum alloys and magnetic aftereffects are discussed. The FeAl microinclusions providing internal stresses in aluminum matrix were revealed. These stresses affect creep, microharness and dislocation dynamics in magnetic field. The opposite effect, which can be called magnetomechanic or piezoelectric, is also reported. It consists in increasing the coercive force of microinclusions caused by plastic deformation of aluminum. These experiments show that microinclusions can be used as sensors of mechanical stresses, with the help of which residual stresses in materials can be measured.

    Keywords: creep, microhardness, dislocation, magnetoplasticity, magnetostriction.

    " 'Федеральне державне унітарне підприємство« Всеросійський науково-дослідний інститут авіаційних матеріалів »Державний науковий центр Російської Федерації [Federal State Unitary Enterprise« All-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials »State Research Center of the Russian Federation]; e-mail: admin @ viam.org.ua

    2Федеральное державне бюджетне освітня установа вищої освіти «Московський політехнічний університет» [Federal State Budgetary Institution of High Education «Moscow Polytechnic University»]; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    3Федеральное державна бюджетна установа науки Інститут проблем хімічної фізики Російської академії наук [The Institute of Problems of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences]; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Вступ

    Вплив магнітного поля на пластичність матеріалів (або магнітопластіче-ський ефект) привертає увагу фахівців досить давно. Феноменологія подібних явищ дуже різноманітна і залежить від величини магнітного поля, типу матеріалу і фізичних процесів, стимульованих магнітним полем в твердих тілах.

    Головною причиною підвищеного інтересу до цієї теми є можливість оптимізації енерговитрат при обробці матеріалів магнітним полем. Присутність постійного магнітного поля при деформації металів не вимагає джерел енергії, проте здатне змінювати механічні властивості останніх. В даний час відомо безліч магнітопластіческіх ефектів дуже різної природи. Коротко згадаємо ті з них, які можуть бути використані в процесі обробки матеріалів. В металах (наприклад, ИЬ) відомі ефекти, пов'язані зі зміною в'язкості електронного газу при надпровідному переході в нормальний стан під дією магнітного поля. Ці явища можна спостерігати тільки при низьких температурах, несумісних з виробничими процесами обробки металів. Широко поширені дослідження впливу сильного магнітного поля величиною 15-30 Тл на орієнтацію зерен в процесі росту полікристалічного алюмінію. Зміна зерен текстури алюмінію в постійному магнітному полі, викликане анізотропією магнітної сприйнятливості зерен, впливає на всі його інші (в тому числі і механічні) властивості. Цей ефект спостерігається при температурах 500-600 К, однак вимагає дорогих і складних в обслуговуванні надпровідних магнітів, погано сумісних з виробничим процесом. Слід зазначити, що значні ефекти в поліпшенні властивостей «немагнітних» металів і сталей, що створюються в магнітному полі, досягнуті завдяки використанню надпровідних магнітів і забезпечують державне замовлення для науково-виробничих лабораторій в Греноблі (Франція). Є значна лабораторія надсильних магнітних полів, що забезпечує виробничу необхідність в створенні матеріалів з покращеними властивостями в постійному магнітному полі величиною до 45 Тл.

    У полярних полімери магнітне поле величиною 1-20 Тл впливає на термоактивованої обертання електрично заряджених бічних груп. Це обертання «розморожується» при температурах вище температури склування і призводить до того, що магнітне поле створює достатню силу Лоренца, яка змінює динаміку бічних груп. До теперішнього часу не встановлено, яким чином це впливає на пластичність полімерів, хоча самі ефекти такого типу та їх зникнення нижче температури склування або при використанні неполярних полімерів - достовірно встановлені факти.

    Зі сказаного випливає, що вплив магнітного поля на пластичність твердих тіл є різноманітною групою явищ [1-11], а не поодиноким випадком, що зводиться до одного фізичного механізму впливу поля. Встановлено фізичні принципи декількох магнітопластіческіх ефектів (МПЕ), які отримали визнане доказове пояснення. До них можна віднести МПЕ, пов'язані з переходом між надпровідним і нормальним станом металів; викликані зміною спінового стану пар структурних дефектів в процесі їх міграції в кристалічній решітці, а також викликані анізотропією магнітної сприйнятливості зерен і процесом їх анизотропного зростання в магнітному полі та ін. Однак експериментально виявляються все нові МПЕ, які аж ніяк не зводяться до згаданих явищ. Однією з причин впливу магнітного поля на пластичність, а також потужним засобом управління пластичністю можуть бути нано- і мікроскопічні феромагнітні включення (ФВ) в твердих тілах. Цей тип МПЕ не можна назвати новим, однак він безумовно відноситься до маловивченим. Силове дію поля на ФВ і їх магніто-стрікція здатні створювати внутрішні механічні напруги навколо включень в магнітному полі і впливати на пластичність зразка, в якому вони містяться. Такі матеріали можна створювати навмисно, як вид магнітокерованих композиційних матеріалів, але частіше ФВ виникають випадково в процесі обробки матеріалів.

    Наприклад, попередні дослідження показують, що не вдається знайти жодного промислового типу алюмінію, яка б не демонстрував наявність магнітного гістерезису, що доводить присутність феромагнітних частинок. Таким чином, МПЕ, пов'язаний з ФВ, є вельми універсальним і може зустрічатися в самих різних твердих тілах. Існує безліч робіт, де автори бездоказово схиляються до спин-залежному типу магнітопластіческого ефекту в парах дефектів, ігноруючи розгляд причин, пов'язаних з наявністю ФВ. Може здатися, що фізика МПЕ, пов'язаних з ФВ, проста і не представляє фундаментального інтересу. Однак прості оцінки механічної напруги, що створюються магнітострикцією або обертовим моментом, викликаним анізотропією ФВ, часто показують недостатність величини цих напруг для створення в твердих тілах залишкових змін і нерозуміння причин впливу включень на пластичність. У більшості випадків неясна навіть природа включень, їх хімічний склад, магнітні властивості і фізичні механізми, що приводять до зміни пластичності матеріалів з ФВ. Тому розвиток експериментальної бази, самих підходів до нано- і мікротехнології і дослідженню ФВ на даному етапі принесе багато інформації, яку неможливо було отримати тоді, коли про роль ФВ в магнітопластічності задумалися вперше. Існує і зворотний ефект - вплив внутрішніх напружень на магнітні властивості включень, який може бути придатний для розвитку методів визначення і картування цих напруг.

    Таким чином, інтерес до проблеми магнітопластічності і магнітомеханіче-ському ефекту пов'язаний з наступними причинами:

    - можливістю перенесення методів і знань з фізики магнітних наночастинок в фізику міцності і пластичності для створення нових типів композитних матеріалів, керованих магнітним полем;

    - можливістю створення ефективних локальних наноісточніков механічної напруги і магнітокерованих дислокаційних перешкод, дослідження яких призведе до розуміння зв'язку між макроскопічної пластичністю і магніто-керованої динамікою нано- і мікродефектів;

    - використанням феромагнітних включень для визначення внутрішніх напружень;

    - можливим застосуванням отриманих знань для широкої групи твердих тіл (від полімерів, немагнітних сплавів до феромагнетиків зі складним фазовим складом);

    - наявністю декількох можливих шляхів створення мікронапруг в області ФВ (в неоднорідному і однорідному полі, в постійному, імпульсному і змінному полі в залежності від тимчасових інтервалів процесів, які супроводжують МПЕ і ін.);

    - можливістю навмисного введення і оптимізації властивостей нано- та микровключений для максимально ефективного управління пластичністю матеріалів в магнітному полі.

    - можливістю сформулювати ознаки тієї групи магнітопластіческіх ефектів, яка пов'язана з ФВ, відокремивши їх від інших механізмів впливу магнітного поля на пластичність твердих тіл;

    - отримані результати можуть стати основою нової технології енергозбереження в усіх процесах, де необхідну термічну обробку, яка зазвичай використовується для пластифікації або зміцнення сплавів, можна замінити на магнітну обробку.

    У даній статті розглянуто такий тип МПЕ, який не вимагає не тільки додаткової енергії, а й магнітного поля в процесі механічної обробки алюмінію тому, що магнітне поле впливає на мікровключення і залишає навколо них пластично деформовані зони після вилучення зразка з поля. це

    означає, що для практичного застосування цього МПЕ не потрібні модифікація пристроїв механічної обробки сплавів і їх поєднання з магнітом. Як буде показано далі, цей ефект пов'язаний з Пластифікація алюмінію, викликаної генеруванням свіжих дислокацій навколо феромагнітних микровключений. Останні при приміщенні в магнітне поле збільшуються в розмірах (магнітострикція) і створюють локальні механічні напруги, що перевищують межу текучості алюмінію. Магнітострикційні ефекти не вимагають високих магнітних полів, проявляючись до магнітного насичення включень. Тому використання таких ефектів потребує лише в наявності постійних (НЕ надпровідних) магнітів, розробка яких успішно реалізується в ВІАМ [12-15]. Ці ефекти легко виявляються при кімнатній температурі і не вимагають криогенного обладнання, тому мета даної роботи полягала в створенні експериментальних умов для систематичного дослідження ролі магнітострикційних микровключений в МПЕ, що спостерігається в алюмінієвому сплаві в порівняно невисоких магнітних полях (до 1 Тл) і при температурах, близьких до кімнатної. Крім того, метою було також дослідження самих включень, їх магнітних властивостей, структури, морфології та хімічного складу для встановлення магнітострикційних властивостей.

    матеріали та методи

    Методика експериментів і атестація зразків

    У дослідах використані зразки, які мають хімічний склад, встановлений за допомогою енергодисперсійного аналізу. У табл. 1 зазначено як середнє значення атомних концентрацій елементів в матриці, так і в мікровключеннями. З цих даних випливає, що матриця містила невелику кількість диспергує домішки заліза, в той час як у включеннях його атомна концентрація близька до концентрації алюмінію і відповідала хімічним складом сплаву, з якого складаються мікровключення FeAl.

    Таблиця 1

    Хімічний склад матриці і включення за даними енергодисперсійного аналізу

    Елемент Вміст елементів,% (атомна.)

    в матриці в мікровключеннями

    O 29,7 10,1

    Al 69,7 43,5

    Fe 0,5 41,3

    й 0 2,4

    Mn 0,9 2,7

    Зображення микровключений середнім розміром 2-3 мкм отримано за допомогою просвічує електронної мікроскопії (рис. 1, а). Мікровключення видно як світлі витягнуті в одному напрямку об'єкти, орієнтація яких, очевидно, задана в процесі прокату алюмінію. На рис. 1, б показано електронно-мікроскопічне зображення того ж зразка після деформування при постійному навантаженні. З'явилися темні об'єкти відповідають порам, що утворився при повзучості. Концентрація пір на кордоні зерен справила ефект декорування, так що стало видно кордону зерен і зерен структура алюмінію (рис.1, б).

    У дослідах по дослідженню механічних властивостей використані плоскі алюмінієві зразки, деформируемая частина яких мала ширину 3 мм, вихідну довжину / 0 = 80 мм і товщину 2 мм до деформування зразка (рис. 2).

    Мал. 1. Зображення поверхні зразка в просвічує електронному мікроскопі до (а) і після деформування (б)

    Мал. 2. Послідовні зображення зразка через 100 з в процесі повзучості (квадратом відзначена деформируемая зона, згодом використана для приготування зразка, магнітні властивості якого вивчалися за допомогою квантового інтерферометра)

    Як джерело постійного магнітного поля використовували рідкоземельні постійний магніт типу КёБеБ, що забезпечує індукцію магнітного поля в зазорі до В = 0,7 Тл [1-5]. У попередніх дослідженнях було показано, що при тривалості витримки в магнітному полі більше 5 хв додаткових змін властивостей зразків не спостерігалося, тому час експонування у всіх дослідах в даній роботі становило 5 хв. Як характеристик механічних властивостей використані параметри кривих повзучості (деформації під дією постійного навантаження) і мікротвердість. Ці вимірювання проводили при кімнатній температурі. Зміна довжини зразка А / вимірювали за допомогою механічного мікрометра з точністю 1 мкм. Установка з дослідження повзучості забезпечувала плавне навантаження зразка на початковій стадії і при його розвантаженні в кінці процесу деформування.

    Магнітні властивості зразків досліджували в режимі постійного магнітного поля в надпровідному магніті квантового інтерференційного магнитометра MPMS. Сканування дипольного магнітного моменту зразка виробляли в області 6 см, що значно перевищує його розмір 0,3 см. Для досліджень магнітних властивостей вирізали зразки з центральної частини тих зразків, які використовували для механічних випробувань. Зразки утримувалися тертям в кріпленні магнитометра так, що однорідний пластиковий тримач не вносив додаткового вкладу в дипольний момент зразка. Приготування зразків для вимірювань виробляли керамічними немагнітними інструментами, нездатними внести феромагнітну

    домішка в зразок. Однак вихідний матеріал для досліджень взято з листового алюмінію, яка зазнала прокатці і контакту з феромагнітними частинами обладнання при високій температурі. Тому можна було очікувати присутності феромагнітних частинок, внесених в приповерхневих шари зразка на стадії виготовлення листового алюмінію. Вимірювання магнітних властивостей зразків не тільки при кімнатній температурі, але і при знижених температурах потрібні, щоб визначити основні параметри мікроскопічних включень.

    Результати та обговорення Вплив магнітного поля на повзучість

    На рис. 3 представлені залежності швидкості відносної деформації зразка d в ​​/ di від тривалості його навантаження в магнітному полі (рис. 3, б) і в його відсутність (рис. 3, а). На врізки рис. 3, а представлено схематичне розподіл стадій деформації зразка - крива повзучості розділена на три ділянки: на ділянці I має місце нестала повзучість з поступово зменшується швидкістю деформації, ділянка II називається сталою ползучестью і характеризується майже постійною швидкістю пластичної деформації, на III ділянці в зразку утворюється перешийок (рис. 2), швидкість деформації збільшується і відбувається руйнування матеріалу. Оскільки руйнування - погано передбачуваний, стохастичний процес, то досліджували вплив магнітного поля лише на перші дві стадії повзучості. З даних рис. 3 видно, що попередня експозиція зразків в магнітному полі як змінює рівень швидкості деформації, що досягається до моменту усталеною повзучості, так і вкорочує час досягнення сталої повзучості (порівняємо криві 1 на рис. 3, а і 3, б). Для кількісного опису цих змін використовуємо стандартне уявлення швидкості повзучості на стадіях I і II функцією

    d8 / dt = p • / o • r "2/3 + Ио.

    Мал. 3. Залежності швидкості (yoв ^ Про відносної деформації зразка в від тривалості ^ несталої повзучості, отримані при постійному навантаженні для контрольного зразка, що не піддавалося витримці в магнітному полі (а) і для цього ж зразка після витримки в постійному магнітному полі величиною 0,7 Тл протягом 5 хв при кімнатній температурі (б). Величина навантаження: 1 - 150 Н; 2 - 160 Н; 3 - 170 Н; 4 - 180 Н. На вставці рис. 3, а показані стадії повзучості I, II і III

    Апроксимація кривих на рис. 3 цією функцією дозволила визначити параметри в і до повзучості на I і II стадіях (табл. 2). Величина Д / 0 характеризує стрибок деформації в початковий момент навантаження зразка.

    Таблиця 2

    Значення параметрів повзучості в раніше наведеною формулою в нульовому полі і

    в поле величиною 0,7 Тл для серії послідовних навантажень зразка __діскретно зростаючої нагрузкой_

    Параметри повзучості Значення параметрів при навантаженні і магнітному полі

    150 Н 160 Н 170 Н 180 Н

    В = 0 Тл В = 0,7 ^ В = 0 Тл В = 0,7 ^ В = 0 Тл В = 0,7 ^ В = 0 Тл В = 0,7 ^

    Л / 0, мкм 428 469 490 529 554 748 818 1205

    р-10-5, сш 0,6 1,8 1,5 3,8 3,3 11,1 13,3 25,1

    до 10-7, з-1 1,3 1,3 1,4 2,01 1,3 2,3 1,6 2,8

    Таким чином, магнітне поле призводить до таких залишковим змін в зразках, які після усунення магнітного поля можуть спостерігатися у вигляді змін параметрів кривих повзучості. Ці зміни відповідають полегшеному руху дислокацій.

    Магнітні властивості зразків

    Переходячи до обговорення магнітних властивостей включень, відзначимо, що алюміній є парамагнетиком, який повинен проявляти лінійну залежність намагніченості від поля і відсутність магнітного гистерезиса. Тому при дослідженні залежності магнітного моменту зразка М від магнітного поля Н легко розділити вклади феромагнітних включень і алюмінієвої матриці з дисперговані в ній окремими іонами заліза, які також вносять лінійний внесок по магнітному полю (рис. 4). Недеформований зразок демонструє лінійний внесок парамагнитной матриці у вигляді лінійно наростаючою частини залежно М (Н) в сильних полях від 5 до 20 кЕ (рис. 4, а) і швидко насичується частини в слабких полях 0-5 кЕ, яка характеризує присутність феромагнітних частинок.

    Мал. 4. Петлі гистерезиса намагніченості зразка до (а) і після деформації (б) при температурі 300 К

    З порівняння петель гістерезису на рис. 4, а і б, записаних до і після пластичної деформації одного і того ж зразка, видно, що пластична деформація

    збільшує коерцитивної силу включень. Таким чином, не тільки магнітне поле впливає на пластичну деформацію, а й спостерігається зворотний ефект - пластична деформація впливає на магнітні властивості феромагнітних включень.

    На рис. 5 показані температурні залежності магнітного моменту в зразку, охолодженому з 300 до 2 До в магнітному полі величиною 1 Тл (крива FC) і в нульовому полі (крива ZFC).

    Мал. 5. Температурні залежності магнітного моменту зразка, охолодженого в магнітному полі (БС) і в його відсутність (2РС) в вимірювальному магнітному полі величиною 1 (а) і 0,1 кЕ (б)

    При цих вимірах використовували різне вимірювальне магнітне поле величиною 1 (рис. 5, а) і 0,1 кЕ (рис. 5, б). Температура, при якій перетинаються криві БС і 2БС, називається точкою блокування намагніченості (Ть). Відповідно до теорії Нееля-Брауна, ця точка характеризує температуру, при якій потенційний бар'єр, що розділяє намагніченість микровключений уздовж поля і протилежно полю, виявляється переборним за допомогою термічних флуктуа-ций. Висота бар'єру визначається обсягом частинок і величиною магнітної анізотропії. З огляду на середній обсяг включень У = 2,110 "м, отриманий за допомогою електронної мікроскопії (рис. 2), а також значення Ть = 250 К (рис. 5), розрахували значення константи анізотропії К = 3,4 мДж м" .

    Отримана величина константи анізотропії близька до експериментальних значень, визначених раніше для разупорядоченності спин "скляного стану сплаву БеА1. Зростання температури блокування при зменшенні вимірювального поля (порівняймо рис. 5, а і б) з 250 до 320 К підтверджує можливість застосування теорії Нееля-Брауна і викликаний збільшенням висоти ефективного бар'єру, що розділяє намагніченості, спрямовані вздовж і проти зовнішнього поля. Це добре узгоджується з хімічним складом кластерів (табл. 1).

    Оскільки сплави БеА1 добре відомі високими значеннями константи маг-нітострікціі Хт = 8 108 Н / (Тлм2), можна припускати, що збільшення обсягу микровключений в магнітному полі веде до появи механічних напружень від на кордоні розділу микровключений з алюмінієвої матрицею «т = Кті. Механічні напруги від = 560 МПа в магнітному полі Н = 0,7 Тл в 4,5 рази більше межі текучості алюмінієвої матриці (120 МПа), що підтверджує магнітострикційному природу магнітопластічності в дослідах, наведених в даній статті.

    Виявлений зворотний ефект впливу пластичної деформації на магнітні властивості микровключений (рис. 4) свідчить про те, що високі напруги в ядрах дислокацій можуть змінювати структуру микровключений - наприклад, сприяти їх агрегації в більші кластери. Подібні ефекти добре відомі в металах, де утворення хмар Коттрела сильно залежить від внутрішньої напруги, що створюються дислокациями.

    Актуальність досліджень пов'язана з високим промисловим використанням алюмінію, необхідністю розвитку методів його обробки, а також із збільшеним інтересом до фундаментальних досліджень сплаву FeAl, який в світлі нових підходів в нанотехнології, а також за допомогою приладової бази нового покоління демонструє унікальні властивості. Можна назвати наступні фактори, що роблять актуальними дану роботу:

    - зростаючий попит точного приладо- і машинобудування на виготовлення прецизійної точної механіки з алюмінію ставить відразу кілька завдань: можливість нетермічний управління механічними властивостями алюмінію на стадіях, що виключають термообробку; контрольований стан феромагнітних домішок в алюмінії і їх використання для управління його властивостями; створення сенсорів деформації, механічних напруг і магнітного поля на основі сплаву типу FeAl, а також елементів оптичної пам'яті, заснованих на нових принципах;

    - сплави типу FeAl в останні роки дуже актуальні - в науково-технічній літературі спостерігається підвищений інтерес до цієї теми, пов'язаний з виявленням повністю оптичного перемикання намагніченості в такому матеріалі за допомогою поляризованого фемтосекундного лазера;

    - магнітострикційні властивості сплавів типу FeAl - вельми невелика коерцитивної сила, варіативність спінової магнітної структури в залежності від концентрації заліза і можливість вибору цієї структури, висока чутливість наночастинок сплаву до механічних напруг (високий п'єзомагнітних ефект) - все це розглядається як перспективна основа для датчиків на основі сплавів типу FeAl, FeAlB, FeзAl і ін. (тут і далі використаний термін п'єзомагнітних ефект, застосовуваний для частинок типу AlFeB в англомовній літературі, хоча ця назва дискусійне);

    - в світі зросло число робіт, що описують магнітопластічность алюмінію з помилкових позицій, причиною яких є відсутність систематичного дослідження та перевірки гіпотез, але всі ці роботи разові, хоча їх число вимірюється десятками. Чи не сформований єдиний погляд на магнітопластічность алюмінію та інших «немагнітних» металів. Відсутні аналітичні достовірні перевірки складу сплавів, уявлення про те, які об'єкти в алюмінії схильні до дії магнітного поля. Багато роботи виконані на низькому рівні, але апелюють в посиланнях до загальновизнаних робіт в області магнітопластічності. У фундаментальному відношенні пропоноване дослідження могло б сформувати стрижень, фізичну основу таких ефектів, відкинути завідомо неправдиві інтерпретації, вибудувати класифікацію і системний погляд на магнітопластіческіе ефекти у всіх металах і матеріалах з включеннями;

    - при виробництві алюмінію в процесі механічної обробки з великою ймовірністю утворюється матеріал з неконтрольованим кількістю нано- або мікроразмерного заліза і його сплавів, оксидів, що володіють намагніченістю і магнітні-тострікціей, - на це вказують залежності намагніченості зразка від зміни зовнішнього магнітного поля;

    - якщо мають місце спін-залежні процеси, що управляють пластичністю алюмінію, то саме в цьому матеріалі, кожен атом якого має спін (алюміній-парамагнетик), ці процеси могли б виявлятися сильніше, ніж в іонних кристалах і напівпровідниках, де носіями електронних спінів є лише домішкові дефекти;

    - домішка бору в алюмінієвих технічних сплавах, поряд з домішкою заліза, призводить до формування включень типу FeAlB, що володіють чудовими п'єзомагнітних характеристиками. Наявність таких включень в алюмінієвій матриці є чудовою основою для створення п'єзомагнітних датчиків.

    висновки

    1. Магнітне поле величиною до 1 Тл при кімнатній температурі ініціює магнітострикційне розширення феромагнітних включень типу FeAl в матриці Al. Це призводить до генерації свіжих дислокацій і збільшення швидкості повзучості на 25% після витримки зразка в магнітному полі.

    2. Спостерігається зворотний ефект впливу пластичної деформації на коерцитивної силу микровключений типу FeAl. Пластична деформація збільшує коерцитивної силу включень, що може бути викликано збільшенням їх розмірів і відповідним зростанням магнітної анізотропії.

    3. Виявлені явища можуть бути використані для управління механічними властивостями алюмінієвих виробів в процесі їх механічної обробки, особливо в умовах контрольованого керованого введення микровключений заздалегідь заданій концентрації і з підвищеним значенням коефіцієнта магнітострикції. При цьому модифікація виробництва магнітокерованих композитного алюмінію вимагає лише застосування рідкоземельних магнітів [12-15].

    ЛІТЕРАТУРА

    1. Skvortsov A., Pshonkin D., Kunitsyna E., Morgunov R., Beaugnon E. Softening of the Al-Mg - Si-Fe alloy under magnetostriction of FeAl microinclusions // Journal of Applied Physics. 2019. Vol. 125. No. 2. P. 023 903.

    2. Skvortsov A.A., Morgunov R.B., Pshonkin D.E., Piskorskii V.P., Valeev R.A. Magnetic Memory in Plasticity of an Aluminum Alloy with Iron Inclusions // Physics of the Solid State. 2019. Vol. 61. No. 6. P. 1023-1029.

    3. Моргунов Р.Б. Спінова мікромеханіки у фізиці пластичності // Успіхи фізичних наук. 2004. Т. 174. C. 131-153. DOI: 10.3367 / UFNr.0174.200402c.0131.

    4. Morgunov R.B., Buchachenko A.L. Magnetic field response of NaCl: Eu crystal plasticity due to spin-dependent Eu2 + aggregation // Physical Review B. 2010. Vol. 82. P. 014 115.

    5. Beaugnon E. 3D physical modeling of anisotropic grain growth at high temperature in local strong magnetic force field // Science Technology of Advanced Materials. 2008. Vol. 9. P. 024201. DOI: 10.1088 / 1468-6996 / 9/2/024201.

    6. Molodov D.A., Bollmann C., Gottstein G. Impact of a magnetic field on the annealing behavior of cold rolled titanium // Materials Science and Engineering A. 2007. Vol. 467. P. 71. DOI: 10.1016 / j.msea.2007.02.084.

    7. Bhaumik S., Molodova X., Molodov D.A., Gottstein G. Magnetically enhanced recrystalliza-tion in an aluminum alloy // Scripta Materialia. 2006. Vol. 55. P. 995. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2006.08.018.

    8. Tournier R.F., Beaugnon E. Texturing by cooling a metallic melt in a magnetic field // Science Technology of Advanced Materials. 2009. Vol. 10. P. 014501. DOI: 10.1088 / 14686996/10/1/014501.

    9. Li H., Liu S., Jie J. et al. Effect of pulsed magnetic field on the grain refinement and mechanical properties of 6063 aluminum alloy by direct chill casting // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 93. P. 3033. DOI: 10.1007 / s00170-017-0724-0.

    10. Li C.J., Yang H., Ren Z.M. et al. On Nucleation Temperature of Pure Aluminum in Magnetic Fields // Progress in Electromagnetics Research Letters. 2010. Vol. 15. P. 45. DOI: 10.2528 / PIERL10041412.

    11. Bustos O., Ordonez S., Colas R. Rheological and microstructural study of A356 alloy solidified under magnetic stirring // International Journal of Cast Metals Research. 2013. Vol. 7. No. 1. P. 29-37.

    12. Каблов Е.Н., Оспеннікова О.Г., Піскорський В.П., Валєєв Р.А., Резчікова І.І., Бузенков А.В. Фазовий склад спечених матеріалів системи Nd-Dy-Fe-Co-B // Авіаційні матеріали та технології. 2014. №S5. С. 95-100. DOI: 10.18577 / 2071-9140-2014-0-s5-95-100.

    13. Каблов Е.Н., Оспеннікова О.Г., Піскорський В.П., Резчікова І.І., Валєєв Р.А., Давидова Е.А. Фазовий склад спечених матеріалів системи Pr-Dy-Fe-Co-B // Авіаційні матеріали та технології. 2015. №S2 (39). С. 5-10. DOI: 10.18577 / 2071-9170-2015-0-S2-5-10.

    14. Каблов Е.Н., Оспеннікова О.Г., Чередниченко І.В., Резчікова І.І., Валєєв Р.А., Піскорський В.П. Вплив вмісту міді на фазовий склад і магнітні властивості термостабільних спечених магнітів систем Nd-Dy-Fe-Co-B і Pr-Dy-Fe-Co-B // Авіаційні матеріали та технології. 2015. №S2 (39). С. 11-19. DOI: 10.18577 / 2071-9170-2015-0-S2-11-19.

    15. Моргунов Р.Б., Піскорський В.П., Валєєв Р.А., Корольов Д.В. Термодинамічний аналіз магнітопластіческіх ефектів в «немагнітних» металах // Праці ВІАМ: електрон. наук.-техніч. журн. 2018. №12 (72). Ст. 09. URL: http://www.viam-works.org.ua (дата звернення: 20.09.2019). DOI: 10.18577 / 2307-6046-2018-0-12-79-87.


    Ключові слова: повзучості / мікротвердість / ДИСЛОКАЦІЇ / МАГНІТОПЛАСТІЧНОСТЬ / магнітострикція / CREEP / MICROHARDNESS / DISLOCATION / MAGNETOPLASTICITY / MAGNETOSTRICTION

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити