Karakterizacija FeCoV legure dobijene tehnologijom brizganja kompozita praha sa rastopljenim vezivom
Докторанд
Nedeljković, BorivojeМентор
Mitrović, NebojšaЧланови комисије
Obradović, NinaĐukić, Slobodan
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Predmet istraživanja u ovoj doktorskoj disertaciji su uzorci legure
49Fe49Co2V dobijeni postupkom brizganja kompozita praha sa rastopljenim
vezivom (PIM tehnologija). S obzirom da su legure FeCoV sistema najbolje
komercijalne legure među magnetnim materijalima koji zadržavaju visoke
vrednosti magnetne indukcije pri visokim radnim temperaturama, jasno je koliki
je naučni interes izučavanja njihovog dobijanja primenom novijih tehnologija.
Sprovedena istraživanja se odnose na korelaciju postupka visokotemperaturskog
sinterovanja sa strukturnim i multifunkcionalnim svojstvima (termičkim,
mehaničkim i magnetnim), čime se zaokružuje tetrada sinteza-struktura-svojstvaprimene.
Magnetne legure na bazi gvožđa i kobalta su jedinstvene po izuzetnoj
kombinaciji visokih vrednosti magnetne indukcije zasićenja i Kirijeve
temperature. Ove legure pripadaju klasi granično magnetno mekih materijala, tj.
polutvrdim magnetnim materijalima (semi-hard magnetic materials). Najveći broj
magnetno me...kih i magnetno polutvrdih materijala poseduje vrednosti Kirijeve
temperature između 350 OC i 550 OC, dok jedino legura VACOFLUX®50 poseduje
temperaturu prelaza feromagnetik-paramagnetik čak oko 950 OC što joj daje
izuzetan značaj jer je sa ovim svojstvom jedinstvena. Dakle, u odnosu na ostale
magnetne materijale FeCoV legure imaju najbolji balans termičkih (Kirijeva
temperatura iznad 800 OC), magnetnih (magnetna indukcija zasićenja iznad 2 T),
mehaničkih (visoka tvrdoća) i električnih (specifična električna otpornost
iznad 30 cm) svojstava i to uz povoljan odnos cena/performanse.
Legura 49Fe49Co2V se proučava zbog kombinacije dobrih magnetnih
karakteristika i poboljšanih mehaničkih i termičkih svojstava u odnosu na druge
legure u sistemu FeCoV. Binarne legure Fe−Co sistema koje sadrže 33-55 mas. % Co su
veoma krte zbog formiranja uređene superrešetke na temperaturama nižim od 730
OC. Dodatak od oko 2 mas. % V sprečava transformaciju u uređenu strukturu i
omogućava relativno visoku vrednost specifične električne otpornosti.
Tehnologijom brizganja kompozita praha sa rastopljenim vezivom danas je
ostvarena efikasna proizvodnja keramičkih ili metalnih delova sa složenim
geometrijama. Ukoliko materijali sadrže metalne elemente proizvodnja se obavlja
jednom od dve varijacije PIM tehnologije, tj. brizganjem kompozita metalnog praha
(PIM/MIM tehnologija) što je tema ove doktorske disertacije.
PIM tehnologija koja se završava obaveznim visokotemperaturskim
sinterovanjem, omogućila je istovremeno zadovoljenje geometrijskih
konstrukcijskih zahteva, potrebne magnetne karakteristike i neophodna
mehanička svojstva. Optimizacija postupka visokotemperaturskog sinterovanja je
od izuzetne važnosti i zahteva detaljnu analizu na osnovu koorelacije
postignutih svojstava i temperature sinterovanja.
Strukturna svojstva legure nakon visokotemperaturskog sinterovanja
ispitana su metodama XRD i SEM, a zatim i kvantitativnom stereološkom
analizom. Kod svih ispitivanih uzoraka, tj. pri svim primenjenim temperaturama
sinterovanja (1370 OC, 1400 OC, 1430 OC i 1460 OC) registrovana je pojava
intenzivnog difrakcionog pika kao rezultat procesa kristalizacije tokom koje je
došlo do formiranja kristalne faze α’-FeCo. Ova kristalna faza α’-FeCo poseduje
izuzetno visoku vrednost Kirijeve temperature (čak Ts = 1390 K). Povećanje
temperature sinterovanja dovodi do rasta dela kristalne faze i naročito je
izraženo pri najvišim temperaturama sinterovanja od 1430 OC i 1460 OC. Povećanje
tvrdoće HV10 prati porast kristalnog udela i rezultat je smanjenog kretanja
dislokacija u strukturi formiranoj tokom krajnje faze sinterovanja kada dolazi
do rasta zrna, skupljanja otvorenih pora (i prelaska u zatvorene) te dostizanja
vrednosti od preko 90 % teorijske gustine. Porast temperature sinterovanja prati
i smanjenje DC koercitivnosti HC/DC što je izuzetno važno s obzirom da je za mnoge
primene potrebno istovremeno postići dobra i magnetna i mehanička svojstva.
Uzorak sinterovan na 1370 OC pokazuje najbolju kombinaciju funkcionalnih
magnetnih svojstava, a vrednost magnetene indukcije zasićenja dostiže Bs10 1.35 T,
čime legura Fe49Co49V2 postaje interesantna pri konstruisanju električnih
naprava minijaturnih dimenzija, tj. istovremeno se rešava problem ograničene
težine (tj. što manje dimenzije komponente) i postizanje što viših vrednosti
magnetnog fluksa .
U okviru istraživanja magnetnih svojstava od frekvencije (pri 5 Hz, 10 Hz,
20 Hz, 40 Hz, 50 Hz i 60 Hz) evidentno je širenje krivih magnetnog histerezisa sa
povećanjem frekvencije. Sa povećanjem radne učestanosti rastu i histerezisni
gubitci i gubitci usled vihornih struja, što je uobičajeno svojstvo svih magnetno
mekih i magnetno polutvrdih materijala.
Analiza frekventnih zavisnosti gubitaka usled vihornih struja pokazuje da
najmanje magnetne gubitke poseduje uzorak sinterovan na temperaturi 1370 OC, što
je u potpunoj saglasnosti sa analizama zavisnosti relativne magnetne
permeabilnosti od magnetnog polja. Frekventne zavisnosti histerezisnih
gubitaka svih ispitivanih uzoraka pokazuju linearnu zavisnost u skladu sa
Štajnmicovom jednačinom. Iako su pri porastu frekvencije primetne značajne
promene oblika histerezisnih krivih iz klasičnog R-oblika (npr. 5 Hz, 10 Hz i 20
Hz) u anormalni oblik (npr. 40 Hz, 50 Hz i 60 Hz), slaganja merenih i modelovanih
krivih kod uzorka sinterovanog na temperaturi 1370 OC su odlična pri svim
ispitivanim radnim frekvencijama. Analiza frekventne zavisnosti
koercitivnosti HC(f) (kod istog uzorka) sprovedena prema modelu koji uključuje i
doprinos anormalnih vihornih struja pokazuje da je doprinos anormalnih
vihornih struja povećanju koercitivnosti svega 1% na 5Hz, tj. 5 % na 50Hz.
Danas se uporedo sa klasičnom tehnologijom dobijanja (presovanjesinterovanje) i ovde prezentovane PIM/MIM tehnologije, ispituju i postupci
izrade FeCoV legura mehanohemijskim procesima te različitim kombinacijama
kompozita. Interesantno je da su na taj način dostignuta vrlo specifična
magnetna svojstva, što ispitivanjima FeCoV legura daje aktuelnost za buduća
istraživanja i potpuno nove i specifične primene u tehnici i to uz povoljan
odnos cena/performanse.