автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Особенности формирования комплекса магнитных свойств порошкового "Fe-P" материала - аналога технического железа, полученного горячей объемной штамповкой пористой заготовки

004609501

На правах рукопуср

ЧАН МАНЬ ТУНГ

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПОРОШКОВОГО Ге-Р" МАТЕРИАЛА - АНАЛОГА ТЕХНИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗА, ПОЛУЧЕННОГО ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКОЙ ПОРИСТОЙ ЗАГОТОВКИ

Специальность 05.16.09. - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3-0 СЕН 2010

Ростов-на-Дону 2010

004609501

Работа выполнена вГОУ ВПО «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) на кафедре «Технология конструкционных материалов»

Научный руководитель доктор технических наук,

старший научный сотрудник Кем Александр Юрьевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гасанов Бадрудин Гасанович (ЮРГТУ, г.Новочеркасск);

Защита состоится 4 октября 2010 г. в 15 ч. на заседании диссертационного совета Д. 212.058.01 Донского государственного технического университета (ДГТУ) по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ Автореферат разослан «03» сентября 2010. г.

доктор технических наук, профессор Домбровский Юрий Маркович

(ДГТУ, г.Ростов-на-Дону)

Ведущая организация

ГУП ОКТБ «Орион», г. Новочеркасск

Ученый секретарь диссертации-^ <~""п совета Д. 212.058.01, канд. техн. наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы исследованию магнитно-мягких материалов, в том числе порошковых, системы «Fe-P», уделяется большое внимание (Б.Г. Гасанов, A.B. Бабец, В.Я. Буланов, Г.А. Дорогина, A.A. Маслюк, O.A. Панасюк и др.). Это связано прежде всего с тем, что использование методов порошковой металлургии позволяет значительно повысить экономичность производства магнитопроводов электрических машин. Известно также, что материалы системы «Fe-P» более технологичны в сравнении с материалами системы железо - кремний, при этом фосфор выклинивает гамма-область, способствует росту зерен и повышает электромагнитные свойства.

Магнитно-мягкие порошковые материалы на основе железа могут конкурировать с литыми материалами при условии обеспечения в изделиях высоких значений намагниченности насыщения, магнитной проницаемости и электросопротивления, а также низкой величины коэрцитивной силы. Однако уровень магнитных свойств порошковых материалов системы «Fe-P» несколько ниже аналогичных свойств материалов, полученных традиционными методами.

На стадии разработки и проектирования имеются определенные возможности по совершенствованию магнитных систем электрических машин, тем не менее выявление закономерностей формирования структуры и комплекса магнитных свойств исследуемого класса материалов позволит обосновать пути повышения их магнитных характеристик и, следовательно, является актуальной проблемой современного материаловедения.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является установление особенностей формирования структуры и комплекса магнитных свойств порошкового материала - аналога технического железа, легированного фосфором, полученного с использованием технологии горячей объемной штамповки - динамического горячего прессования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследование локальной атомной структуры и магнитных характеристик порошкового материала системы «Fe-P» с использованием мёссбауэровской спектроскопии и магнитных измерений.

2. Теоретическое обоснование целесообразности использования теории включений и теории фракталов для анализа процесса формирования комплекса магнитных свойств порошкового материала системы «Fe-P» в процессе термомеханического воздействия.

3.Исследование влияния технологических факторов ГОШ-ДГП на структуру и комплекс магнитных свойств порошкового материала системы «Fe-P».

4. Разработка рекомендаций по практическому применению полученных научных и технологических результатов.

Научная новизна и основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что при содержании в порошковом материале фосфора на уровне 0,5-0,7 об.% происходит изменение локального атомного окружения, проявляющееся в увеличении среднего числа атомов фосфора в ближайшем окружении атома Fe за счет их перераспределения из второй координационной сферы; следов соединений Fe3P и Fe2P в пределах чувствительности метода мёссбауэровской спектроскопии (около 2%) не выявлено. Фосфор в этих образцах находится в виде твердого раствора с a-Fe, при этом около 9,5% атомов Fe имеют один атом фосфора в первой координационной сфере, что приводит к увеличению химического (изомерного) сдвига в мёссбауэровском спектре этих атомов Fe и к снижению эффективного магнитного поля на их ядрах. Показано, что некоторое (~ на 15%) увеличение ширины линий в спектрах этих образцов относительно ширины линий исходных порошков связано с ухудшением однородности окружения атомов Fe вследствие влияния дефектов

решетки либо атомов примесей во второй и более дальних координационных сферах.

2. Показано, что на мёссбауэровские спектры и магнитные параметры порошковых материалов, полученных по различным технологическим схемам, может оказывать влияние как наличие неконтролируемой примеси в интерфейсных областях, так и существование искаженной приграничной области, в которой атомы железа имеют локальную симметрию ближайшего окружения ниже кубической. Установлен механизм повышения коэффициента прямоугольное™ петли гистерезиса Кп исследуемых магнитно-мягких материалов. Показано, что рост показателя Кп связан с особенностями доменной структуры, обусловленной технологией получения материалов, в частности с формированием внутренних микродеформаций и окислением границ зерен исходных порошков в процессе термического воздействия.

3. Впервые показано, что изменение показателя фрактальной размерности поверхности порошковых материалов можно связывать с изменениями намагниченности, вызванными внутренними деформациями и включениями. Установлено, что повышение степени деформационно-термического воздействия приводит к немонотонному изменению величины фрактальной размерности. Сопоставление результатов измерения величины коэрцитивной силы в зависимости от структурного состояния образца с данными об изменении фрактальной размерности «D», показывает, что в схеме: «холодное прес-сование+спекание» -* «холодное прессование+ДГП» -» «холодное прессование+ДГП+ отжиг» -> «холодное прессование+спекание +ДГП+отжиг»; величина коэрцитивной силы меняется соответственно в интервале величин: «110-160"-* "170-310" "80-100" -» "80-100" А/м в полях напряженностью 330, 860 и 2160 А/м и соответствует темпу и знаку изменения величины «D». Аналогичная картина наблюдается и для показателя максимальной магнитной проницаемости.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования полученных научных и технологических результатов для прогнозирования структурного и магнитного состояния в порошковых материалах системы «Fe-P», а также при разработке новых магнитно-мягких материалов и изделий из них. Исследования выполнялись в рамках научно-технической программы «Изучение закономерностей построения физических и информационно-аналитических систем проектирования матричных композитов» Рособразования РФ, а также по хоздоговорам с ИПМ HAH Украины и Украинским научно-техническим центром (г. Киев).

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы и отдельные ее разделы были представлены на следующих российских и международных научно-технических конференциях:

1. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава, сотрудников и студентов ДГТУ в 2008-2010 гг.

2. V Международная конференция «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2010». Волгоград, ВГТУ, 12-14 сентября 2010 г.

Достоверность основных научных результатов и выводов подтверждается использованием аттестованного научного оборудования и методик исследований, применением для интерпретации полученных результатов современных положений теории формирования магнитных свойств порошковых материалов, использованием методов' математической статистики при обработке экспериментальных результатов.

Публикации. Общее количество опубликованных работ по теме диссертации составляет 4 наименования. Из них 2 статьи опубликованы в изданиях из перечня ВАК, 2 - публикации в материалах конференций.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 135 е., 56 рисунков, 20 таблиц, приложение. Список литературы содержит 124 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность темы диссертации; цель и задачи работы; положения, выносимые на защиту; научная и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен анализ отечественной и зарубежной литературы, рассмотрены особенности формирования магнитных свойств порошковых материалов. Обоснована необходимость использования в качестве объекта исследования порошкового материала, аналога технического железа, легированного фосфором (система «Ре-Р»), а в качестве основного метода консолидации/формообразования - технологии горячей объемной штамповки - динамического горячего прессования порошковой пористой заготовки.

Анализ имеющихся в распоряжении автора литературных источников показал, что представления о механизме влияния добавок фосфора на магнитные характеристики порошковых материалов противоречивы, освещены недостаточно полно и требуют уточнений.

Во второй главе приведены описания исходных материалов и образцов; методик исследований, в частности, мёссбауэровской спектроскопии, магнитных измерений, металловедческих исследований, химического и микрорентгеноспектрального анализов, поверхностного наноиндентирования.

В третьей главе приводятся результаты исследований комплекса магнитных свойств порошкового материала системы «Ре-Р», полученных по следующим технологическим схемам:

- холодное прессование + спекание (схема 1). Это база сравнения - контрольная;

- холодное прессование + горячая объемная штамповка (схема 2);

-холодное прессование + горячая штамповка+ отжиг (схема 3);

- холодное прессование + спекание + горячая штамповка + отжиг (схема 4).

Основные кривые намагничивания материалов системы «Ре-Р» на основе железного порошка РАБС-бО, полученных по реализуемым в работе схемам, показаны на рис.1, а их магнитные характеристики суммированы в табл.1.

Таблица 1

Магнитные свойства порошковых магнитно-мягких материалов, полученных по различным технологическим схемам

Параметр Фактические значения свойств образцов

1 2 3 4 ' 5(Н50П)

Магнитная индукция, В, Тл, не менее, при напряженности поля, Н 200 А/м 0,43 0,16 1,08 1,2 1,27

300 А/м 0,70 0,32 1,24 1,35 1,35

500 А/м 0,91 0,63 1,36 1,47 1,43

1000 А/м 1,06 1,04 1,44 1,57 1,48

2200 А/м 1,25 1,47 1,48 1,69 1,5

2500 А/м -1,29 ~1,54 1,50 ~1,72 1,5

Коэрцитивная сила Не А/м, не более >~16б >~312 100 103 5,0

Начальная магнитная проницаемость, Гс/Э, не менее 350 250 600 600 .4000

Макс, магнитная проницаемость, Гс/Э, не менее (наблюдается в поле, Н) 1850 при Н =250 А/м 1050 при Н=500 А/м 4900 при Н=150 А/м 5400 при Н =150 А/м 61000 при Н=7 А/м

Анализ зависимостей В(Н) показывает, что полученные данные в целом согласуются с современными представлениями об особенностях механизма процесса намагничивания, но указывают на некоторые отличительные особенности изученных материалов. Так, в области слабых магнитных полей не наблюдается линейной зависимости В(Н) и постоянного значения магнитной проницаемости ц„ач,-

Рис.1. Кривые намагничивания образцов «Ре-Р», полученных по различным технологическим схемам

Для всех образцов величина магнитной проницаемости достигает максимума рмах при напряженности поля, примерно в 1,5 раза превышающей коэрцитивную силу материала и соответствующей началу области насыщения. Однако, как следует из полученных данных, уровень магнитных характеристик порошковых материалов «Ре-Р» в значительной степени определяется предысторией их получения. Так, образец 1 (без ДГП) характеризуется относительно невысокой магнитной проницаемостью и максимальной индукцией; у холодно-прессованного образца 2, подвергнутого ДГП без последующего отжига, величина индукции из-за снижения пористости возрастает, но максимальная магнитная проницаемость еще снижается (до 1050 Гс/э), а коэрцитивная сила резко увеличивается свыше 300 А/м, что связано с особенностями структуры «Ре-Р»-порошковых материалов (пористость + субструктура) и их дефектностью. В то же время приме-

нение отжига материалов после ДГП (образцы 3,4) позволяет не только увеличить значения максимальной индукции материала (для данного Нтах), его остаточной индукции и магнитной проницаемости, но и существенно (до 100 А/м) уменьшить его коэрцитивную силу. Как следует из полученных данных, магнитные свойства спекаемого материала являются структурно-чувствительными и существенно зависят от технологических режимов изготовления образцов, при этом пористость не является важнейшим фактором, определяющим уровень магнитных свойств.

Установлено, что с изменением технологической схемы наблюдается изменение максимальной и остаточной индукции при заданном максимальном поле, коэрцитивной силы материала и показателя прямоугольности петли Кп (табл.2).

Таблица 2

Параметры частных петель гистерезиса при максимальном магнитном поле Н„ах

Напряженность поля, Нтах, A/M Магнитный параметр Номер образца материала Образец 5 (Н50П)

1 2 3 4

~330 ... Вмах, ТЛ 0,766 0,418 1,265 1,400 1,283**

Вг, Тл 0,596 0,260 1,218 1,288 0,750

Не, А/м 137 175 92 91 5

Br/Bmax 0,78 0,62 0,96 0,92 0.58

~860 Вмах, ТЛ . 1,058 0,970 1,411 1,566 1,427**

В„ Тл 0,801 0,648 1,309 1,440 0,750

Не A/M 160 265 100 102 5

Вг/Втах 0,76 0,67 0,93 0,92 0,52

~2160 Вмах, Т/1 1,223** 1,432 1,491** 1,676** 1,500**

Вг, Тл 0,845 0,800 1,345 1,480 0,750

Не, А/м 166 312 100 103 5

Вг/Втах 0,69 0,56 0,90 0,88 0,50

Примечание: **для этих случаев частные петли гисгеризиса близки к предельной.

Спекание без применения ГОШ-ДГП (образец 1) приводит к умеренному значению коэрцитивной силы материала, а также к пониженному значению максимальной и остаточной индукции даже для петли, приближающейся к предельной, что обусловлено высокой пористостью образца. Применение ГОШ-ДГП без последующего отжига и перекристаллизации (образец 2) вследствие уплотнения материала и возникновения значительных механических напряжений в нем сопровождается ростом как максимальной индукции, так и коэрцитивной силы материала, что затрудняет намагничивание образцов в умеренных полях (~2200 А/м) до состояния, приближающегося к предельному. Применение после ГОШ-ДГП высокотемпературного отжига (образцы 3,4) приводит как к дальнейшему росту максимальной и остаточной индукции, так и к резкому снижению коэрцитивной силы материала.

Кроме того, с увеличением степени деформационного и продолжительности термического воздействия на исследуемые материалы, включая нагревы до и после ГОШ-ДГП (образцы 3-4), показатель прямоугольное™ петли гистерезиса растет, достигая величины Кп=0,96 в поле Нмах=330 А/м (рис.2).

Рис.2. Фрагмент петли гистерезиса образцов «Ре-Р» при максимальной напряженности магнитного поля ~2200 А/м

С увеличением напряженности магнитного поля этот показатель несколько снижается, однако остается достаточно высоким (Кп =0,88-0,90 при Ннах =2160 А/м).

Представляется, что механизм увеличения прямоугольное™ петли гистерезиса в исследованных материалах, полученных по различным технологическим схемам, связан с особенностями их кристаллической и доменной структуры. Применение ГОШ-ДГП способствует формированию текстуры деформации, характеризуемой изменением размеров зерна, что должно повышать роль межзеренных границ в торможении движения доменных стенок при перемагничивании и способствовать росту величины Кп. Кроме того, в процессах нагрева и переноса образцов материалов в деформирующий штамп при ГОШ-ДГП возможно окисление границ исходных частиц порошка. Роль кислорода в этом случае является резко негативной, поскольку он, выделяясь в виде неметаллических включений, препятствует перестройке доменной структуры, обусловленной наведением одноосной анизотропии.

Отмеченные нами особенности формирования магнитных свойств подтверждаются результатами мёссбауэровских измерений. Мёссбауэровские спектры исходных порошков ASC 100.29 (образец 00), PASC 60 (образец 0) и спеченного образца 1 представлены на рис.3. Спектры образцов 2 и 3 практически тождественны спектру образца 1 и потому на рис.3 не представлены. Результаты обработки всех спектров с использованием программы UnivemMS суммированы в табл.3 (химедвиги компонентов спектра указаны относительно a-Fe), где приведены значения параметров для каждой компоненты спектра и сведения о доле атомов Fe, отвечающих за данную компоненту.

Р. от. 1 ООО

-8.00 -6.00 -4.00 2 00 0.00 2 00 4.00 6.00 V. t-Wc

1120000

1.00 -6.00 -4.00 -2.00 O-OO 2 00 4.00 8.00 V.wi/c

Рис.3. Мёссбауэровские спектры образцов, измеренные при комнатной температуре: А - ASC 100.29; В - PASC 60; С - спеченный образец 1. Цифрами у гребенок обозначены системы линий (пояснения в тексте)

Таблица 3

Результаты обработки мёссбауэровских спектров исследованных образцов

Номер Параметры системы линий

Образец Фаза ;истемы лини! 5, мм/с ¿EQ, мм/с Нэфф, кЭ Г(1,6) мм/с S, %

1 2 3 4 5 6 7 8

СО Fe 19 3002-83 a-Fe, 100 % 1 0,000(1) 0,003(1) 329,7(1) 0,331(2) 100,0

00 a-Fe, 100% 1 0,000(1) 0,002(1) 329,9(1) 0,312(2) 100,0

a-Fe, 81,7% 1 0,000(1) 0,003(1) 330,1(1) 0,314(2) 81,7

2 0,190 0,010 299,0 0,314(2) 0,7

0 Fe3P, 3 0,300 0,000 249,0 0,314(2) 2,4

12,8% 4 0,290 -0,020 191,0 0,314(2) 2,3

5 0,270 0,060 278,0 0,314(2) 3,6

6 0,330 0,120 228,0 0,314(2) 1,7

7 0,440 -0,040 167,0 0,314(2) 2,6

!реднее для «Л 5,1% 8 0,278(4) 0,256(7) 0,366 (15) 5,1

1 a-Fe 90.6% 1 0,002(1) 0,003(1) 330,5(1) 0,360(2) 90,6

P:a-Fe 9,4% 2* 0,069(4) 0,033(8) 302,0(3) 0,360(2) 9,4

2 a-Fe 90.1% 1 0,002(1) 0,003(1) 331,1(1) 0,350(2) 90,1

P: a-Fe 9,9% 2* 0,056(4) 0,008(7) 303,3(3) 0,350(2) 9,9

3 a-Fe 90,6% 1 0,002(1) 0,003(1) 331,0(1) 0,357(2) 90,6

P: a-Fe 9,4% 2* 0,063(3) 0,016(6) 303,0(3) 0,357(2) 9,4

Примечания: * - для твердого раствора фосфора в a-Fe. Измерения при комнатной температуре, химсдвиг приведен относительно a-Fe. В скобках приведены погрешности параметров, связанные только со статистической точностью обработки. Реальные погрешности определения химсдвига и величины индукции, учитывающие нестабильности нуля скоростной шкалы спектрометра и цены канала скорости, могут составлять дополнительно ±0,002 мм/с и ±0,3% (±0,5...±1 кГс) соответственно.

Установлено, что для образца 00 (порошок ASC 100.29) мёс-сбауэровский спектр (секстет 1, рис.3,А) по параметрам вполне тождественен спектру a-Fe. Более того, линии спектра этого образца несколько уже, чем линии спектра стандарта a-Fe (ГСО), что указывает на более однородное окружение атомов и меньший уровень дефектности кристаллической решетки железа в ASC 100.29 в сравнении с ГСО a-Fe. Основной компонентой («82%) мёссбауэровского спектра образца О (PASC 60), в состав которого входят ASC 100.29 и феррофосфор, являются те же узкие линии a-Fe (секстет 1, рис.3,В), что и в образце ASC 100.29. Однако, как следует из полученных данных, имеется существенное (около 18% общего количества Fe) количество линий парамагнитной фазы (дублет 8) и секстетных линий (2-7) с пониженным значением магнитной индукции, которые естественно связать с наличием примеси феррофосфора. Более наглядно вид мёссбауэровского спектра этой примеси показан отдельно на рис.4,6, полученном "вычитанием" спектра образца 00 из спектра образца 0 при их соответствующей нормировке. Для сравнения укажем, что мёссбауэровские спектры аморфных образцов соединения Fe3P (рис.4,а) при различной степени кристаллизации весьма напоминают спектр на рис.4,6.

Заметим, что сплавы FexP100-x при х>50% (в том числе Fe2P/ FeP и FeP2) при комнатной температуре являются парамагнитными. Их. мёссбауэровские спектры представляют собой суперпозиции дублетов (дублет 8 на рис.3, В; рис.4,6) со следующими параметрами парамагнитного дублета: 5 = 0,278±0,004 относительно a-Fe, ДЕЧ=0,256±0,007 мм/с (см.табл.З) являются приемлемым усреднением параметров двух дублетов для Fe2P:

- Fe I: ö = .0,141±0,00б (пересчитано от стандарта SNP к a-Fe), AEq=0,201±0.007 мм/с.;

- Fe II: ö = 0,545±0,00б (пересчитано от стандарта SNP к a-Fe), AEq =0,545±0,007 мм/с.

Относительно низкая статистическая точность разностного спектра образцов 0 и 00 (см.рис.4,б) не дает возможности уточнять разложение мёссбауэровского спектра феррофосфора на отдельные системы линий, но в целом обработка мёссбауэровского спектра образца 0 (PASC 60) и разностного спектра образцов 0-00 (добавка феррофосфора в PASC 60) согласуется с имеющимися сведениями

Рис.4. Общий вид мёссбауэровского спектра: аморфного сплава состава Fe3P (рис.4,а, кривая d); сплава Fe3P в процессе (рис.4.1,а, кривая е) и после кристаллизации (рис.4,а, кривая f); порошка PASC 60 (рис.4,б); альфа-Fe (рис.4,в)

о системе «Fe-P» и позволяет утверждать, что в составе исследованного образца О (PASC 60) около 82% Fe находится в составе a-Fe (перешло из ASC 100.29); 13% Fe присутствует в составе Fe3P и 5% Fe - в составе Fe2P (из феррофосфора).

Мёссбауэровские спектры полученных по различным технологиям образцов (см.рис.З,С) в пределах погрешностей определения параметров для всех трех образцов практически не отличаются (см.табл.З). Какие-либо следы мёссбауэровских спектров богатых фосфором фаз (Fe3P, Fe2P и т.д.) в пределах статистической точности (чувствительность по этим фазам около 2% от общего количества Fe) не выявлено.

Спектры образцов 1-3 представлены суперпозицией двух секстетов. Интенсивный секстет (1) включает 90,4±0,3% от общего количества железа и по параметром соответствует их атомам в a-Fe, однородность окружения которых в сравнении с исходным порошком нарушена вследствие влияния дефектов решетки либо атомов примесей во второй координационной сфере. На это указывает увеличение примерно на 15% ширины линий резонансов в сравнении со спектром a-Fe исходного порошка.

Слабый секстет (2*), около 9,5% Fe, следует, по-видимому, связывать с атомами Fe твердого раствора фосфора в a-Fe, имеющими один атом фосфора в первой координационной сфере, на что указывают результаты сравнения параметров этого секстета (см.табл.З) с результатами исследования соответствующих твердых растворов. Для секстета (2*) в образцах 1-3 увеличение химсдвига относительно секстета (1) составило AIt = 0,061(8) мм/с, а снижение эффективного поля AHi = 28,1 ±0,4 кЭ, что соответствует литературным данным. Разложение спектра Fe3P также соответствует имеющимся в нашем распоряжении данным. Средние (по обоим секстетам) значения химсдвига и эффективного поля составляют для образцов 1-3 соответственно 1=(0,0078±0,0008) мм/с и Н=(328,1±0,4 ) кЭ, т.е. попадают в область массовых содержаний фосфора в сплаве 0,5-0,7%, что не противоречит данным о его составе ( 0,59% ).

Полученные для образцов 1-3 данные о вхождении атомов фосфора в состав твердого раствора с a-Fe не противоречат также сведениям о предельной растворимости фосфора в a-Fe: 4,52 ат.% при 1048°С; 1,65 ат.% при 745°С, что соответствует 2,57 и 0,87 мас.% соответственно. Из полученных данных следует, что в порошке ASC 100.29 атомы железа в составе a-Fe имеют однородное окружение и низкий уровень дефектности кристаллической решетки; в феррофосфоре, добавляемом в порошок PASC 60, около 70% атомов железа присутствуют в форме Fe3P и около 30% - в форме Fe2P.

В спеченных образцах 1-4 из PASC 60 следов соединений Fe3P и Fe2P в пределах чувствительности метода (около 2%) не выявлено. Фосфор в этих образцах находится в виде твердого' раствора с a-Fe, при этом около 9,5% атомов Fe имеют один атом фосфора в первой координационной сфере, что приводит к увеличению химического (изомерного) сдвига в мёссбауэровском спектре этих атомов Fe и к снижению эффективного магнитного поля на их ядрах. Некоторое (на 15%) увеличение ширины линий в спектрах этих образцов относительно ширины линий исходных порошков связано с ухудшением однородности окружения атомов Fe вследствие влияния дефектов решетки либо атомов примесей во второй и более дальних координационных сферах. Особо следует отметить, что в пределах погрешности измерений и статистической обработки во всех случаях линии мёссбауэровского спектра сохраняют свое положение на скоростной шкале и являются симметричными, никаких других компонентов в мёссбауэровском спектре образцов 1-3, изготовленных по различным технологическим схемам, не выявлено. Единственное наблюдаемое отличие - это небольшое увеличение уширения линий «Г».

Обсуждая результаты ЯГР-измерений, предположим, что на мёссбауэровские спектры и магнитные параметры порошковых материалов , полученных по различным технологическим схемам могут

оказывать влияние поверхность частиц и интерфейсные области, то есть сумма площадей границ зерен и приграничных с ними областей. Очевидно, что их влияние может осуществляться двумя способами: либо сегрегированием примесей в каждую из них, либо эти области имеют особые структурные и, следовательно, особые магнитные свойства. Оценки, сделанные ранее для частиц со средним размером в 40 мкм позволяют утверждать, что влиянием поверхностного слоя на структуру, магнитные свойства и мёссбауэровские спектры порошковых материалов после консолидации можно пренебречь. Следовательно, речь может идти о существовании вблизи границы зерна зоны с искаженной структурой, простирающейся всего на несколько атомных слоев. По-видимому, именно по этой причине в мёссбау-эровском спектре появляется слабый секстет в образцах, подвергнутых горячей штамповке (ГОШ-ДГП). Анализируя обнаруженное уши-рение линий спектра, заметим возможность существования двух причин этого эффекта. Первая - возможное наличие неконтролируемой примеси в интерфейсных областях, вторая - существование искаженной приграничной области, в которой атомы железа имеют локальную симметрию ближайщего окружения ниже кубической. В случае искаженной структуры угол «0» между осью легкого намагничивания [100] и направлением [111], связывающий ближайшие атомы Fe, неконтролируемым образом может быть как больше, так и меньше величины 54°30', что будет менять знак величины анизотропного вклада. В этом случае будет иметь место наблюдаемое симметричное уширение линий мёссбауэровского спектра без изменения их положения по оси скоростей. В рамках настоящей работы не установлено, какая из рассматриваемых причин имеет большую возможность реализации, поэтому предполагается, что обе они имеют равновероятные возможности.

В четвертой главе приведены экспериментальные данные по влиянию технологических схем консолидации/формообразования с использованием ГОШ-ДГП на комплекс магнитных свойств. На рис.5 представлены результаты изменения величины максимальной магнитной проницаемости, на рис.6,7 - величины коэрцитивной силы в зависимости от используемой технологической схемы изготовления образцов, а на рис.8,9 - изменение индукции порошковых образцов. Как следует из полученных данных, величина коэрцитивной силы находится на уровне ~90 А/м, максимальная магнитная проницаемость составляет 4800-5200 Гс/э, а максимальная индукция - 1,4-1,6 Тл. Анализ показывает, что полученные результаты по Нс и мМАХ превосходят (100-148 А/м и 3200-3700 А/м соответственно) результаты, представленные в известных нам литературных источниках.

I

о

О о 4000

в?

| Ь зооо -

о £

а 500 □ 250 ® 150 В 150

ТУТ 2

3 4

Номер технологической схемы

Рис. 5. Зависимость максимальной магнитной проницаемости от технологии изготовления при заданной напряженности магнитного поля Н, А/м

Номер технологической схемы

Рис.7. Зависимость коэрцитивной силы в максимальных магнитных полях от технологии изготовления образцов и напряженности магнитного поля Н, А/м

Номер технологической схемы

Рис. б. Зависимость коэрцитивной силы, Н0 А/м, от технологии изготовления образцов

□ 330

□ 860 □ 2160

а 200 и 300

□ 500

□ 1000 ■ 2200 □ 2500

Рис.8, при

1 2 3

Номер технологической схемы

Зависимость индукции от технологии изготовления различной напряженности магнитного поля Н, А/м

□ 330 В 860

□ 2160

2 3 4

Номер технологической схемы

Рис.9. Зависимость максимальной индукции в максимальном магнитном поле от технологии изготовления образца и напряженности магнитного поля Н, А/м

Полученные результаты были использованы при разработке технологии изготовления деталей микродвигателя при выполнении работ по заданию ИПМ НАН Украины и Украинского научно-технического центра (г. Киев).

Общие выводы по работе

1 Установлено, что особенности формирования магнитных свойств горячештампованных порошковых магнитно-мягких материалов системы «Ре-Р» обусловлены предысторией их получения, влияющей на дефектность и напряженность структуры. Показано, что снижение коэрцитивной силы и повышение максимальной индукции обусловлено дефектностью и напряженностью структур деформации, а также возможным окислением границ частиц и зерен исходных порошков в процессе термомеханического воздействия при горячей штамповке.

2. Показано, что определяемые магнитные свойства являются структурно-чувствительными, и потому отражают влияние технологических режимов изготовления образцов материалов на особенности их доменной структуры и, Следовательно, на эволюцию петли гистерезиса. С увеличением степени деформационного и продолжительности термического воздействия показатель прямоугольное™ петли гистерезиса растет, достигая величины Кп=0,9б в поле НМд<=330 А/м. В то же время с увеличением напряженности магнитного поля этот показатель монотонно снижается, достигая величины Кп =0,9 при НМдх=2160 А/м.

3. Отмечено, что изменение технологии изготовления образцов исследованных материалов не приводит к каким-либо существенным изменениям в мёссбауэровском спектре. Во всех случаях линии мёссбауэровского спектра сохраняют свое положение на скоростной шкале и являются симметричными. Наблюдаемое уширение крайних линий может быть объяснено возможным наличием неконтролируемой примеси в интерфейсных областях, либо существовани-

ем искаженной приграничной области, в которой атомы железа имеют локальную симметрию ближайщего окружения ниже кубической. По-видимому, именно по этой причине в мёссбауэровском спектре появляется слабый секстет (2*) в образцах, подвергнутых горячей штамповке.

4. Установлено, что в рамках теории включений для анализа структурно-чувствительных характеристик порошковых материалов, в частности, коэрцитивной силы, использование такой величины, как размер поры, не оправдано. В действительности необходимо учитывать роль размагничивающей энергии, связанной с изменениями намагниченности, обусловленными не только наличием включений, но и вызванными внутренними деформациями. Впервые показана возможность использования теории фракталов для установления взаимосвязей между особенностями строения порошковых материалов и их магнитными свойствами. Доказано, что топология поверхности порошковых материалов может рассматриваться как функция отклика процессов, ответственных за ее формирование; концептуально использование теории фракталов позволяет прогнозировать изменение уровня магнитных свойств (коэрцитивной силы и максимальной магнитной проницаемости) порошковых материалов, однако для инженерного использования требуется наработка массива экспериментального материала и уточнение методик оценки показателя фрактальной размерности.

5.Применение методов порошковой металлургии при изготовлении магнитопроводов в наиболее полной мере отвечает требованиям современного массового производства и является перспективным вариантом сокращения отходов электротехнической стали. Применение технологии горячей штамповки как спеченной, так и не-спеченной порошковой пористой заготовки, в сочетании с последующим высокотемпературным отжигом позволяет получать магнитомяг-кие материалы с высокими магнитными параметрами; коэрцитивная сила и максимальная индукция в полях напряженностью 330-2160 А/м составляют соответственно 75-90 А/м и 1,4-1,7 Тл; при этом величина максимальной магнитной проницаемости в поле напряженностью ISO А/м составляет около 6000 Гс/Э.

ПУБЛИКАЦИЯ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Кем А.Ю. Мёссбауэровские и магнитные исследования го-рячештампованного порошкового магнитно-мягкого материала Fe-P / А.Ю. Кем, Чан Мань Тунг, В.В.Китаев. - Вестник ДГГУ. - Т.10. - №5. -2010. - С. 695-701.

2. Люлько A.B. Исследование поровой структуры и свойств упрочненной матрицы композиционных материалов на основе железных порошков / A.B. Люлько, В.В. Гриценко, Чан Мань Тунг и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - №7. - С. 34-38

3. Кем А.Ю. Формирование магнитных свойств порошковых магнитно-мягких (Fe-P) материалов, аналогов технического железа / А.Ю. Кем, Чан Мань Тунг, В.В. Китаев / ВГТУ. Материалы V Международной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2010». - Волгоград, 2010. - С. 27-29.

4. Кем А.Ю. Особенности эволюции петли гистерезиса порошковых магнитно-мягких материалов системы Fe-P / А.Ю. Кем, Чан Мань Тунг, В.В. Китаев / ВГТУ. Материалы V Международной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2010». - Волгоград, 2010. - С. 30-32,

В печать 27.08.10.

Объем 1,5 усл.п.л. Офсет. Бумага тип № 3. Формат 60x84/16. Заказ №440. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательском центре ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.

Введение.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР; ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Материалы, используемые для изготовления магни-топроводов электрических машин малой мощности.

1.2. Технологические особенности получения магнитно-мягких материалов методами порошковой металлургии.

1.3. Особенности формирования магнитных свойств порошковых материалов.

1.4. Постановка цели и задач исследования.

Глава 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Применяемые материалы.

2.2. Технология изготовления образцов магнитно-мягких материалов.

2.3. Физико-химические методы исследования.

2.3.1. Мёссбауэровская спектроскопия.

2.3.2. Магнитные измерения.

2.3.3. Металлография.

2.3.4. Сканирующая зондовая микроскопия поверхности.

2.3.5. Рентгеноструктурный и химический анализ.

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА.

3.1. Магнитные и мёссбауэровские исследования горя-чештампованного порошкового магнитно-мягкого материала «Бе-Р», аналога технического железа.

3.2. Использование теории включений для анализа магнитных свойств магнитно-мягкого материала «Ре-Р».

3.3. Теория фракталов и магнитные свойства магнитно-мягкого порошкового материала «Ре-Р».

3.4. Выводы по главе 3.

Глава 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Влияние технологических режимов ГОШ-ДТП на структуру и магнитные свойства материалов.

4.2. Влияние содержания фосфора, среды и режимов спекания на структуру и свойства материалов «Ре-Р».

4.3. Разработка технологии ГОШ-ДТП материалов на основе высокочистых порошков системы «Бе-Р».

4.4. Выводы по главе 4.

Электрические машины малой мощности находят самое широкое применение в различных отраслях промышленности и в быту. Производство электрических микромашин превратилось в самостоятельную отрасль электротехнической промышленности, выпускающую несколько десятков миллионов штук двигателей. Общая стоимость микромашин составляет примерно 28-35% стоимости всего объёма электромашиностроения [1]. Например, на сегодняшний день в Германии на одну семью приходится от 25 до 35 электрических микродвигателей [2].

Благодаря простоте, надежности, низкой себестоимости и высокой удельной мощности значительную долю в общем объеме выпуска микродвигателей составляют однофазные коллекторные двигатели (ОКД). В 1987 году на производство примерно 7 миллионов двигателей затрачивалось около 12 тысяч тонн стали, прежде всего электротехнической, и более 2 тысяч тонн меди и её сплавов. В производстве ОКД было занято около полутора десятков тысяч человек [3]. ОКД находят широкое применение в различных бытовых приборах - пылесосах, полотерах, кофемолках, миксерах, а также в электрофицированном инструменте и , как исполнительные двигатели автоматических устройств [4].

С целью снижения потерь на вихревые токи магнитопровод микродвигателя, так же как и других электрических машин переменного тока, выполняется шихтованным из отдельных пластин электротехнической стали, получаемых штамповкой. Коэффициент использования стали при штамповке составляет не более 0,5, то есть при изготовлении магнитопровода двигателя более пятидесяти процентов электротехнической стали идет в отходы, из них практически только 25% шихты (по массе) превращается в полезный металл [4,5].

Проблема уменьшения отходов решается в основном путём применения малоотходных схем штамповки листов шихтованных магнитопроводов, приближения внешнего контура статорных листов к формам, обеспечивающим уменьшение внешних отходов. При этом магнитно-ненагруженные части сердечников используются для размещения конструктивных элементов. Однако такой подход полностью решить проблему отходов электротехнической стали не может. Так, в самой массовой серии асинхронных электродвигателей 4А отход стали при производстве составляет в среднем 43%, а при производстве некоторых типов микромашин достигает 80% [5].

Обеспечить практически безотходное производство позволяет применение методов порошковой металлургии. Порошковая металлургия хорошо зарекомендовала себя в различных отраслях производства как в России, так и за рубежом. Например, по данным [6], использование порошковой металлургии в Великобритании даёт годовую экономию в 40 тысяч тон условного топлива. Расчеты технико-экономической эффективности и рентабельности современных производств порошковой металлургии в России показывают [7], что себестоимость одной тонны деталей из железного порошка в 2-2,5 раза ниже себестоимости тонны деталей, изготовленных из проката или литья.

Применению порошковых магнитно-мягких материалов в качестве маг-нитопроводящих элементов электрических микродвигателей переменного тока посящены работы ряда авторов, например [8-11].

Исследованию магнитно-мягких порошковых материалов системы железо - фосфор посвящено большое количество работы [12-17]. С одной стороны, это связано с тем, что использование методов порошковой металлургии позволяет значительно повысить экономичность производства магнитопроводов электрических машин, с другой - известно, что материалы системы «Fe-P» более технологичны в сравнении с материалами системы «Fe-Si», поскольку фосфор выклинивает гамма-область, способствует росту зерен и повышает электромагнитные свойства [18].

Порошковые магнитопроводы из железофосфорных сплавов изготавливали прессованием и спеканием с последующей механической обработкой по технологиям, разработанными в институте проблем материаловедения АН УССР [19-21]. Вследствие высокой остаточной пористости (8-15%) материалы, полученные по предложенным технологиям, обладают более низкими магнитными характеристиками по сравнению с компактными.

Наиболее перспективным методом, позволяющим получать практически беспористые материалы, является метод горячей объемной штамповки -динамического горячего прессования ( ГОШ-ДГП), разработанный в Южнороссийском государственном университете (Новочеркасском политехническом институте) проф. Ю.Г. Дорофеевым [22-24]. ГОШ-ДГП позволяет также значительно повысить экономичность производства магнитопроводов электрических машин.

Анализ литературных источников, имеющихся в нашем распоряжении, показывает, что магнитно-мягкие порошковые материалы на основе железа могут конкурировать с литыми материалами при условии обеспечения в изделиях высоких значений намагниченности насыщения, магнитной проницаемости и электросопротивления, а также низкой величины коэрцитивной силы. Однако уровень магнитных свойств порошковых материалов системы железо - фосфор несколько ниже аналогичных свойств материалов, полученных традиционными методами, что связано с наличием пор, неметаллических включений в структуре материала изделия, а также с недостаточно высокой степенью чистоты применяемых порошков и состоянием их поверхности [25]. Несмотря на то, что в работе [12] показано, что при использовании методов порошковой металлургии имеются широкие возможности по совершенствованию магнитной системы электрической машины и этим может быть скомпенсировано некоторое ухудшение ее массово-энергетических показателей, обусловленное уровнем свойств порошковых магнитно-мягких материалов, тем не менее, проблема повышения магнитных характеристик порошковых магнитно-мягких материалов системы железо - фосфор является весьма актуальной.

Однако представления о механизме влияния добавок фосфора на магнитные характеристики порошковых материалов в известной нам литературе разнятся. Так, в работе [26] показано, что введение в железный порошок добавки фосфора в пределах около 1% улучшает магнитные свойства, в то же время в работе [12] выделением соединения Ре3Р по границам зерен объясняется уменьшение величины магнитной индукции. В работе [27] установлено, что присадка фосфора к- железу в рассматриваемом интервале концентраций« повышает его электросопротивление в»1,8-2 раза и понижает, соответственно; полные удельные потери. Однако полученные автором данные показывают, что статические магнитные характеристики^ легированной фосфором горячедеформированной: стали ниже, чем у нелегированной.

Феномен формирования пониженного уровня магнитных свойств у порошковых пористых материалов объясняется теорией включений [28], однако до сих пор остается открытым вопрос о влиянии границ зерен и граничных с ними областей (эту совокупность в дальнейшем будем по аналогии с [29] характеризовать как интерфейсные области) на процесс формирования магнитных свойств порошковых материалов в связи с возможным генерированием примесей, включений и выделений, сегрегированных в интерфейсных областях в зависимости от выбранной технологии консолидации порошковых материалов. Из этого следует, что высказанные ранее положения об особой структуре интерфейсных областей, характеризуемой выделением» соединения БезР по границам зерен [12], приводящей к изменению магнитных свойств порошковых материалов; не являются в настоящее время достаточно убедительными и требуют проведения дальнейших экспериментальных исследований.

На основании изложенного определена цель настоящей работы — установление особенностей формирования структуры и комплекса магнитных свойств порошкового материала - аналога технического железа, легированного фосфором, полученного с использованием технологии горячей объемной штамповки - динамического горячего прессования (ГОШ-ДГП).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследование локальной атомной структуры и магнитных характеристик порошкового материала системы «Fe-P» с использованием мёссбау-эровской спектроскопии и магнитных измерений.

2. Теоретическое обоснование целесообразности использования теории включений и теории фракталов для анализа процесса формирования комплекса магнитных свойств порошкового материала системы «Fe-P» в процессе термомеханического воздействия.

3. Исследование влияния < технологических факторов ГОШ-ДГП на структуру и комплекс магнитных свойств порошкового материала системы «Fe-P».

4. Разработка рекомендаций по практическому применению полученных научных и технологических результатов.

Научная новизна и основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

Установлено, что при содержании в порошковом материале фосфора на уровне 0,5-0,7 об.% происходит изменение локального атомного окружения, t проявляющееся в увеличении среднего числа атомов фосфора в ближайшем окружении атома Fe за счет их перераспределения из второй координационной сферы; следов соединений РезР и Fe2P в пределах чувствительности метода мёссбауэровской спектроскопии (около 2%) не выявлено. Фосфор в этих образцах находится в виде твердого раствора с a-Fe, при этом около 9,5% атомов Fe имеют один атом фосфора в первой координационной сфере, что приводит к увеличению химического (изомерного) сдвига в мёссбауэровскомспектре этих атомов Бе и к снижению эффективного магнитного поля на их ядрах. Показано, что некоторое (~ на 15%) увеличение ширины линий в спектрах этих образцов относительно ширины линий исходных порошков связано с ухудшением однородности окружения атомов Бе вследствие влияния дефектов решетки либо атомов примесей во второй и более дальних координационных сферах.

2. Показано, что на мёссбауэровские спектры и магнитные параметры порошковых материалов, полученных по различным технологическим схемам, может оказывать влияние как наличие неконтролируемой примеси в интерфейсных областях, так и существование искаженной приграничной области, в которой атомы железа имеют локальную симметрию ближайшего окружения ниже кубической. Установлен механизм повышения коэффициента прямоугольности петли гистерезиса Кп исследуемых магнитно-мягких материалов. Показано, что рост показателя Кп связан с особенностями доменной структуры, обусловленной технологией получения материалов, в частности с формированием внутренних микродеформаций и окислением границ зерен исходных порошков в процессе термического воздействия.

3. Впервые показано, что изменение показателя фрактальной размерности поверхности порошковых материалов можно связывать с изменениями намагниченности, вызванными внутренними деформациями и включениями. Установлено, что повышение степени деформационно-термического воздействия приводит к немонотонному изменению величины фрактальной размерности. Сопоставление результатов измерения величины коэрцитивной силы в зависимости от структурного состояния образца с данными об изменении фрактальной размерности «Б» показывает, что в схеме «холодное прессование + спекание» —> «холодное прессование + ДГП» —> «холодное прессование + ДГП + отжиг» —> «холодное прессование + спекание + ДГП + отжиг» величина коэрцитивной силы меняется соответственно в интервале величин: «110-160»—«170-310» —» «80-100» —> «80-100» А/м в полях напряженностью 330, 860 и 2160 А/м и соответствует темпу и знаку изменения величины «D». Аналогичная картина наблюдается и для показателя максимальной магнитной проницаемости.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования полученных научных и технологических результатов для прогнозирования структурного и магнитного состояния в порошковых материалах системы «Fe-P», а также при разработке новых магнитно-мягких материалов и изделий из них. Исследования выполнялись в рамках научно-технической программы «Изучение закономерностей построения физических и информационно-аналитических систем проектирования матричных композитов» Ро-собразования РФ, а также по хоздоговорам с ИПМ HAH Украины и Украинским научно-техническим центром (г. Киев).

На защиту выносятся:

1. Экспериментальные результаты комплекса магнитных свойств порошковых материалов системы "Fe-P", полученных с использованием технологии ГОШ-ДГП.

2. Результаты исследований локальной атомной структуры порошкового материала системы "Fe-P" методом мёссбауэровской спектроскопии.

3. Механизм формирования прямоугольности петли гистерезиса в "Fe-Р" материалах, полученных по различным технологическим схемам, связанный с особенностями их доменной структуры.

4. Алгоритм использования теории включений и теории фракталов для анализа особенностей формирования комплекса магнитных свойств порошкового материала системы "Fe-P".

5. Результаты технологических исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что особенности формирования магнитных свойств го-рячештампованных порошковых магнитно-мягких материалов системы «Fe-Р» обусловлены предысторией их получения, влияющей на дефектность и напряженность структуры. Показано, что снижение коэрцитивной силы и повышение максимальной индукции обусловлено дефектностью и напряженностью структур деформации, а также возможным окислением границ частиц и зерен исходных порошков в процессе термомеханического воздействия при горячей штамповке.

2. Показано, что определяемые магнитные свойства являются структурно-чувствительными и потому отражают влияние технологических режимов изготовления образцов материалов на особенности их доменной структуры и, следовательно, на эволюцию петли гистерезиса. С увеличением степени деформационного и продолжительности термического воздействия показатель прямоугольности петли гистерезиса растет, достигая величины Кгг=0,96 в поле НМАХ=330 А/м. В то же время с увеличением напряженности магнитного поля этот показатель монотонно снижается, достигая величины Кп=0,9 при НМАх=2160 А/м.

3. Отмечено, что изменение технологии изготовления образцов исследованных материалов не приводит к каким-либо существенным изменениям в мёссбауэровском спектре. Во всех случаях линии мёссбауэровского спектра сохраняют свое положение на скоростной шкале и являются симметричными. Наблюдаемое уширение крайних линий может быть объяснено возможным наличием неконтролируемой примеси в интерфейсных областях либо существованием искаженной приграничной области, в которой атомы железа имеют локальную симметрию ближайщего окружения ниже кубической. По-видимому, именно по этой причине в мёссбауэровском спектре появляется слабый секстет (2 ) в образцах, подвергнутых горячей штамповке.

4. Установлено, что в рамках теории включений для анализа структурно-чувствительных характеристик порошковых материалов, в частности, коэрцитивной силы, использование такой величины, как размер поры, не оправдано. В действительности необходимо учитывать роль размагничивающей энергии, связанной с изменениями намагниченности, обусловленными не только наличием включений, но и вызванными внутренними деформациями. Впервые показана возможность использования теории фракталов для установления взаимосвязей между особенностями строения порошковых материалов и их магнитными свойствами. Доказано, что топология поверхности порошковых материалов может рассматриваться как функция отклика процессов, ответственных за ее формирование; концептуально использование теории фракталов позволяет прогнозировать изменение уровня магнитных свойств (коэрцитивной силы и максимальной магнитной проницаемости) порошковых материалов, однако для инженерного использования требуется наработка массива экспериментального материала и уточнение методик оценки показателя фрактальной размерности.

5. Применение методов порошковой металлургии при изготовлении магнитопроводов в наиболее полной мере отвечает требованиям современного массового производства и является перспективным вариантом сокращения отходов электротехнической стали. Применение технологии горячей штамповки как спеченной, так и неспеченной порошковой пористой заготовки в сочетании с последующим высокотемпературным отжигом позволяет получать магнитно-мягкие материалы с высокими магнитными параметрами: коэрцитивная сила и максимальная индукция в полях напряженностью 330-2160 А/м составляют соответственно 75-90 А/м и 1,4-1,7 Тл; при этом величина максимальной магнитной проницаемости в поле напряженностью 150 А/м составляет около 6000 Гс/Э.

1. Быковский В.В. Разработка однофазного коллекторного двигателя с порошковым магнитопроводом: Автореферат диссертации на соискание ученной степени кандидата технических наук. - М., 1995. - 20с.

2. Штелтинг Г. Электрические микромашины. / Г. Штелтинг, А. Байссе. М.: Энергоатомиздат, 1991.

3. Алымкулов К.А. Научно-технические проблемы создания однофазных коллекторных двигателей. / К.А. Алымкулов, С.И. Черноусов // Известия АН КиргССР. Физико-технические и математические науки. 1987. - М. - С. 35-43.

4. Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических устройств: учебник для студентов вузов, обучающихся по спец. «Электромеханика». 2-е изд., перераб. и доп. / Ф.М. Юферов. М.: Высшая школа, 1988.

5. Hartley P. Powder metallurgy components // Engineering. 1982. - 229, №5.-P. 1-4.

6. Ермаков C.C. Металлокерамические детали в машиностроении. / С.С. Ермаков, Н.Ф. Вязников. Л.: Машиностроение, 1975.

7. Саликов М.П. Расчет магнитной цепи электрических машин с порошковым магнитопроводом. / М.П. Саликов // Электротехническая промышленность. Электрические машины. — М., 1981. Вып.4 (122). С.б-7.

8. Гольдман М.А. Электрические микромашины с металлокерамиче-ским магнитопроводом. Дис. . канд. техн. наук. Оренбург, 1976.

9. Ритсо А.Э. Чешуйчатые магнитодиэлектрики для прессованных магнитопроводов. / А.Э. Ритсо, A.A. Лаансоо, P.A. Сиймар // Электротехническая промышленность. Электротехнические материалы. 1979. -№8(109).-С. 8-10.

10. Дорогина Г.А. Структурно-чувствительные характеристики порошковых материалов системы Fe-P. / Г.А. Дорогина, В.К. Чистяков, В.Ф., Балакирев, О.Б. Коробка // Физика металлов и металловедение. 2001. - Т.92. -№6. - С.32-36.

11. Дорогина Г.А. Сравнительный анализ свойств и структуры порошковых материалов системы Fe-P, спеченных в азотном газе (4%Н2) и в водороде. / Г.А. Дорогина, В.Ф. Балакирев, М.В. Путилина // Физика и химия обработки материалов. 2003. - №5. - С.66-71.

12. Дорогина Г.А. Исследование кинетики растворения фосфора в железе, спеченном в азотном газе (96%N2 + 4% Н2) физическими методами / Г.А. Дорогина, С.Х. Эстемирова, В.Ф. Балакирев // Известия РАН. Серия физическая. 2005. - Т.69. - №7. - С.973-976.

13. Кем А.Ю. Изготовление конструкционных деталей НМД методом порошковой металлургии / А.Ю. Кем, В.И. Зеленский // Электротехника: науч.-техн. сб. М., ЦНИИ «Электроника», 1987. - С.21-26.

14. Дубров Н.Ф. Электротехнические стали. / Н.Ф.Дубров и Н.И. Лап-кин. М.: ГНТИЛЧиЦМ, 1963. - 264 с.

15. Порошковые магнитные материалы: сб. науч. тр. — Киев: ИПМ АН УССР, 1984.— С.90-111.

16. Болыыеченко А.Г. // Порошковая металлургия. 1972. - №12.1. С.38.

17. Понасюк O.A. Влияние добавок фосфора на магнитные свойства изделий из железного порошка / O.A. Понасюк, И.Д. Радомысельский // Порошковая металлургия. 1973.- №3.- С.23.

18. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых заготовок. / Ю.Г. Дорофеев. М.: Металлургия, 1977. - 216 с.

19. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование пористых материалов. / Ю.Г. Дорофеев. М.: Наука, 1968. - 120 с.

20. Дорофеев Ю.Г. Промышленная технология горячего прессования порошковых изделий / Ю.Г.Дорофеев и др. М.: Металлургия, 1990. - 206 с.

21. Болынеченко А.Г. Технология получения магнитно-мягких изделий из крупного железного порошка. / А.Г. Болыпеченко, И.Д. Радомысельский // Порошковая металлургия. 1973. - №5. - С.54-58.

22. Гасанов Б.Г. Взаимная диффузия и гомогенизация в порошковых сплавах / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2002. - 113 с.

23. Вонсовский C.B. Современное учение о магнетизме. / C.B. Вонсов-ский. М.-Л., 1978. - 256 с.

24. Елсуков Е.П. Мёссбауэровские и магнитные исследования нанокри-сталлического железа, полученного механическим измельчением в аргоне. / Е.П. Елсуков и др. // ФММ. 2001. - Т.91. - №3. - С.46-53.

25. Растегаев Б.В. Разработка технологии изготовления порошковых цельнопрессованных многополюсных магнитотвердых роторов с повышенными свойствами: Автореферат диссертации на соискание ученной степени кандидата технических наук. Новочеркасск, 1998. - 16 с.

26. Vogt К. Electrische Maschinen mit Teilen aus weichmagnetischem Fein-guss.// Pr. Nauk/ Inst, ukl. Elektromaszyn. PWr. 1980. - №30. - S. 49-53.

27. Степанянц Э.А. Анализ нетрадиционных конструкций магнитопро-водов электрических машин и технологии их изготовления. / Э.А. Степанянц. -М.: ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1980.-46 с.

28. Асинхронные двигатели с малоотходным магнитопроводом./Е.П. Бойко и др. //Электротехника. 1984. - №5. - С. 12-14.

29. Радомысельский И.Д. О влиянии легирующих добавок на магнитные свойства спеченного железа. / И.Д. Радомысельский, O.A. Панасюк, О.Н.

30. Сагалович // Тезисы докл. XIV Всесоюз. конф. по порошковой металлургии. -Киев, 1979. -С.91-92.

31. Растанаев И.Д. Свойства магнитно-мягких спеченных сплавов с повышенной коррозионной стойкостью. / И.Д. Растанаев, Н.М. Шамрай // Электротехническая промышленность. Электротехнические материалы. 1978. -№7(96).-С. 13-15.

32. Чехова O.A. Магнитно-мягкие металлокерамические материалы. / O.A. Чехова. Киев: АН УССР, 1963. - 32 с.

33. Kara ЯМ. Металлокерамические магнитопроводы для электрических аппаратов переменного тока. /Я.И. Kara, В.Е. Терлецкий и др. // Электротехнические металлокерамические изделия. / ВНИИЭМ. 1965. - М.: Энергия. - С.41-47.

34. Гудремон Э. Учение о специальных сталях. T.I, II. / Э. Гудремон. -М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1959.

35. Hopkins В., Tipler H. Journ. Iron a Steel Inst., 1958, v.31, №6. p. 263.

36. Technical report. Powders for soft magnetic sintered parts. PM 92-1. Höganäs. 32p.

37. Райченко А.И. Критерий степени гомогенизации двухкомпонентно-го сплава. // Порошковая металлургия. -1963. №1. С. 13-15.

38. Kersten M. Grundlagen einer Theorie der ferromagnetischen Hysterese und der Kolrzitivkraft. Hirzel, Leipzig, 1943. 303s.

39. Вонсовский C.B. Магнетизм. / C.B. Вонсовский. M.: Наука, 1971. -1032 с.

40. Бозорт Р. Ферромагнетизм. / Р. Бозорт. .М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1956.-784 с.

41. Любов Б.Я. Диффузионные изменения дефектной структуры твердых тел. / Б.Я. Любов. М.: Металлургия, 1985. — 207 с.

42. Минаев Е.М. Получение спеченных пермаллоев / Е.М. Минаев // Порошковая металлургия: межвуз. сб. Куйбышев. - 1977. - Вып.З. -С.117-123.

43. Мартынова И.Ф. Управление пластичностью пористого тела, учитывающее истинные деформации материала основы. / И.Ф. Мартынова, М.Б. Штери // Порошковая металлургия. № 1. - С.23-29.

44. Гасанов Б.Г. Исследование структурообразования порошковых магнитно-мягких материалов в процессе ДГП и разработка технологии их получения: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новочеркасск, 1975. - 23 с.

45. Айзенкольб Ф. Успехи порошковой металлургии. / Ф. Айзенкольб. М.: Металлургия, 1969. - 540 с.

46. Понасюк O.A. Исследование магнитных и электрических свойств образцов из железного порошка с высокой плотностью / O.A. Понасюк, Б.И. Попов // Спеченные конструкционные материалы. Киев: ИПМ АН УССР. -1976. - С.157-162.

47. Хек К. Магнитные материалы и их техническое применение. / К. Хек. М.: Энергия, 1973.-303 с.

48. Кем А.Ю. Современные приложения теории фракталов. 4.1. / А.Ю. Кем. / ДГТУ. Ростов н/Д, 2009. - деп. в ВИНИТИ 27.02.09, №118.

49. Новые материалы. / Под редакцией проф. Ю.С. Карабасова. / МИСИС. М., 2002. - 736 с.

50. Железные и стальные порошки Höganäs для производства порошковых деталей, Höganäs AB, 2001. — 245с.

51. Шпинель B.C., Резонанс гамма-лучей в кристаллах. / B.C. Шпинель. М.: Наука, - 1969. - 407 е., ил.

52. Химические применения мёссбауэровской спектроскопии / Под ред. В.И. Гольданского, Р.Н. Харбера. -М.: Мир, 1970. -502 е., ил.

53. Брюгеман С.А. Программа обработки мёссбауэровских спектров «UNIVEM-MS» / С.А. Брюгеман. // VIII международная конференция «Мёссбауэровская спектроскопия и ее применения», 08-12 июля 2002 г. Тезисы докладов. СПб., 2002. - С.212. '

54. ГОСТ 8.377-80. Материалы магнитно-мягкие. Методика выполнеiния измерений при определении статических магнитных характеристик. Введен с 01.07.1981 взамен ГОСТ 15058-69. 26 с.

55. ГОСТ 11036-75. Сталь сортовая электротехническая нелегированная. Введен с 01.01.77. — 10 с.

56. ГОСТ 12119.3-98. Сталь электротехническая. Методы определения магнитных и электрических свойств. Метод измерения коэрцетивной силы в разомкнутой магнитной цепи. Дата введения 1999-07-01. 4 с.

57. ГОСТ 10160-75. Сплавы прецизионные магнитно-мягкие. Технические условия. Введен с 01.01.1978. 77 с.

58. Пустовой В.Н. Материаловедение. Металловедение: Лабораторный практикум. 4.1. 2-е изд., перераб. и доп. / В.Н. Пустовой, Г.И. Бровер, А.И. Бровер. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2002. - 132 с. - С. 15-25.

59. Богомолова H.A. Практическая металлография: учебник для технических училищ. / H.A. Богомолова. М.: Высшая школа, 1978. - 272с., ил. -(Профтехобразование. Металлография, металловедение).

60. Вязников Н.Ф. Металлокерамические материалы и изделия. / Н.Ф. Вязников, С.С. Ермаков . М.: Машиностроение, 1967. - 224 с.

61. Порай-Кошиц М.А. Практический курс рентгеноструктурного анализа. / М.А. Порай-Кошиц. М.: Изд-во МГУ, 1960. - 631 с.

62. Астапова Е.С. Рентгеноструктурный анализ: лабораторный практикум (учебно-методическое пособие, гриф ДВ РУМЦ). / Е.С. Астапова, Е.А. Ванина, Е.В. Шумейко, И.В. Гопиенко, И.В. Александров. — Благовещенск: Амурский гос.ун-т, 2006. 127 с.

63. Буравлев Ю.М. Методы спектрального анализа металлов и сплавов. / Ю.М. Буравлев, И.А. Грикит, O.A. Никитина и др. Киев: Техника, 1988. -215 с.

64. Горелик С.С. Ренгенографический и электронно-оптический, анализ: учеб. пособие для вузов. 4-е изд., доп. и перераб. / С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, JI.H. Расторгуев. М.: МИСИС, 2002. - 360 с.

65. Крамер Г. Математические методы статистики. / Г. Крамер. М.: Мир, 1975. - 648 с.

66. Боровков A.A. Математическая статистика: учеб. пособие для вузов. / A.A. Боровков. М.: Наука, 1984. - 472 с.

67. Вероятность и математическая статистика. Энциклопедия / Гл. ред. Ю. В. Прохоров. — М.: Изд-во «Большая Российская Энциклопедия», 1999.

68. Кекало И.Б. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особыми магнитными свойствами. / И.Б. Кекало, Б.А. Самарин. -М.: Металлургия. 1989. 496 с.

69. Кем А.Ю. Мёссбауэровские и магнитные исследования горячеш-тампованного порошкового магнитно-мягкого материала Fe-P./ А.Ю. Кем, Чан Мань Тунг, В.В. Китаев // Вестник ДГТУ. 2010. -Т. 10. - №4. -С.700-712.

70. Кем А.Ю. Формирование магнитных свойств порошковых магнитно-мягких (Ре-Р)-материалов, аналогов технического железа. / А.Ю. Кем, Чан

71. Мань Тунг, В.В. Китаев // ВГТУ. Материалы V Международной конференiции «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) —2010». Волгоград, 2010. - С.27-29.

72. Кем А.Ю. Особенности эволюции петли гистерезиса порошковыхмагнитно-мягких материалов системы Fe-P. / А.Ю. Кем, Чан Мань Тунг, В.В.i

73. Китаев // ВГТУ. Материалы V Международной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) 2010». - Волгоград, 2010. - С.30-32.

74. Гусева О.М. Магнитомягкие феррокомпозиты на основе кристаллических и аморфных порошков. / О.М: Гусева и др. // Обзоры по электронной технике. Серия «Материалы». М.: ЦНИИ Электроника. 1990. -45 с.

75. Аграновская А.И. Микроструктура ферритов. Обзоры по электронной технике. Серия «Материалы». / А.И. Аграновская. М.: ЦНИИ «Элек1.1троника», 1982. 40 с.

76. Study of the crystallization kinetics in amorphous Fe83Pn alloy. /i

77. A.Cserei, E.Kuzmann, L. Poppl, A. Vertes. — J. Radioanal. Nucl. Chem. Letters, 1994, 187(1), pp. 33-45.

78. Mossbauer spectroscopy of iron phoshide powder./ V.V.Nemoshkalenko, N.F. Tomashevskii, V.B. Chernogorenko, L.Ya. Solomatina. Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 1982, v.21, No 1, pp.50-53.

79. Studies of the magnetic structure of Fe3P. / E.J. Lisher, C. Wilkinson, T. Ericsson, L. Haggstrom, L. Lundgren and R. Wappling. — Journal of Physics C: Solid State Physics, 1974, v.7, No 7, p. 1344.

80. Local atomic structure in amorphous Fe-P alloys./ McCally, R.L., Morgan, J.S., Kistenmacher, T.J., Mooijani, K. Journal of Applied Physics, 1988, 63 (8), pp.4124-4126.

81. S.M. Dubiel. 57Fe NMP and Mossbauer-effect study of Fe-P alloys. -Phys. Rev. B. 1993, v.48, No 6, pp. 4148-4151.

82. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. Том 2. / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение. — 1997- 1023 с.

83. Журавлёв Л.Г. Физические методы исследования металлов и спла-' bob: учеб. пособие для студентов металлургических специальностей. / Л.Г. Журавлёв, В .И. Филатов. Челябинск ЮУрГУ, 2004. - 157 с.

84. Киттель К. Физическая теория доменной структуры ферромагнетиков. / К. Киттель. УФН, 1950. T.XL1, вып.4. - С.453-544.

85. Киттель К. Физическая теория ферромагнитных областей самопроизвольной намагниченности / К. Киттель // Физика ферромагнитных областей. -М.:ИИЛ, 1951. С.19-116.

86. Буланов В.Я. Влияние химического состава железных порошков на физические свойства магнитомягких материалов / В.Я. Буланов, Г.А. Доро-гина // Порошковая металлургия. 1998. - №11/12. - С.32-36.

87. Зельдович Я.Б. Фрактали, подобие, промежуточная асимптотика / Я.Б. Зельдович, Д.Д. Соколов // УФН. 1985. ~ Т. 146. - В.З. — С.493-505.

88. Смирнов Б.М. Фрактальные кластеры / Б.М. Смирнов // УФН. -1986. Т. 149. - В.З. - С.177-219.

89. Жюльен Р. Фрактальные агрегаты / Р. Жюльен // УФН. 1989. -Т.157. - С.339-357.

90. Олемской А.И. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды / А.И., Олемской А.Я. Флат // УФН. 1993. - Т.163. -№12. - С. 1-50.

91. Бронин С.Б. и др. Труды ВНИИТЭлектропром. М.: Энергия, 1969.

92. Федер Е. Фракталы. М. Мир, 1991. - 254 с.

93. Фракталы в физике: сб. докл. 6-го междунар. симпозиума по фракталам (Триест,Италия, 9-12.07 1985 г.). М.: Мир, 1988. - 672 с.

94. Смирнов Б.М. Физика фрактальных кластеров. / Б.М. Смирнов. -М.: Наука. 1991.-272 с.

95. Иванова B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении. / B.C.I

96. Иванова, A.C. Баланкин, И.Ж. Бунин, A.A. Оксогоев. М.: Наука, 1994. -383 с.

97. Чехова O.A. Магнитомягкие металлокерамические материалы. / O.A. Чехова.-Киев. АН УССР, 1959.

98. Потапов A.A. Фракталы в радиофизике и радиолокации. / A.A. Потапов. М.: Логос, 2002. - 664 с.

99. Потапов A.A. Исследование микрорельефа обработанных поверхностей с помощью методов фрактальных сигнатур / A.A. Потапов, В.В. Бу-лавкин, В.А. Герман и др. // ЖТФ. 2005. - Т.75. - Вып.5. - С.28-45. -С.127-133.

100. Mandelbrot В. В. Fractals, Form, Chance and Dimension. San Francisco. W. H. Freeman, 1977. - 265 p.

101. McCauley J.L. Phys. Rep. 1990, V. 189,p. 225.

102. Paladin G., Vulpiani A. Phys. Rep. 1987, V. 156, p. 147.

103. Кем А.Ю. Особенности совокупной консолидации и фрактальная размерность; поверхности порошковых материалов системы Al-Cu на основе гранулированного алюминия. / А.Ю. Кем, JI.A. Арестова // Вестник ДЕТУ. -2010. Т.10. - №2(45). - 0.189-199. .

104. Шмыков A.A. Термодинамика и кинетика процессов взаимодействия консолидируемых атмосфер с поверхностью стали. / A.A. Шмыков, В.Г. Хорошайлов и др. М: Металлургия, 1991. - 159 с.

105. Буланов В.Я. Влияние среды спекания на физические свойства материалов из железных порошков с предварительно окисленным поверхностным слоем / В.Я. Буланов, Г.А. Дорогина, И.А. Кузнецов // Физика и химия обработки материалов. 1999. - №6. - С.52-56.

106. Горкунов Э.С. Магнитные методы и приборы контроля качества изделий порошквой металлургии. / Э.С. Горкунов, A.M. Ульянов. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. - 201 с.

107. Скориков Е.А. Влияние температуры и времени отжига на магнитные свойства и структуру магнитопроводов, полученных из железных порошков методом ДГП. / Е.А. Скориков, К.К. Ламков, Б.Г. Гасанов // Динамическое горячее прессование. 1974. - Т.291, НПИ.

108. Dietrich H. Zeitschrift für metallkunde. 1961, 52, 4.

109. Бронин C.B. Труды ВНИИТ Электропром. / C.B. и Бронин др. -М.: Энергия» 1969.

110. Neel L. Ann, Univ Grenoble 1946 , 22, p. 299 -343.

111. Дорофеев Ю.Г. Динамическое горячее прессование в металлокерамике. / Ю.Г. Дорофеев. М.: Металлургия, 1972. - 172 с.