21.11.2019
Большое количество различных датчиков сегодня — датчики давления и вибрации, а также гидролокаторы — работают на так называемом магнитоупругом эффекте, то есть изменении намагниченности металлического изделия под воздействием приложенной механической силы в упругой области нагружения. К примеру, если требуется отследить локацию субмарины, сквозь толщу воды отправляется ультразвуковой сигнал. Отражаясь от поверхности судна, он возвращается обратно в чуть измененном виде. Датчик, благодаря колебаниям его размеров, фиксирует эти изменения, таким образом, удается определить локацию судна.
В лабораторных условиях для оценки функциональных характеристик материалов для сенсоров замеряется эффект, обратный магнитоупругому – магнитострикционный (изменение размеров образца под воздействием приложенного магнитного поля). Чем большей магнитострикцией обладает материал, тем больше возможностей имеет изделие из него. Среди «рекордсменов» – сплавы железа с галлием (Fe-Ga, или галфенолы). В них изменение размеров образца достигает 0,004%, в то время как в чистом железе этот показатель порядка 0,00015%.
Научные коллективы из США показали, что наилучшие функциональные свойства проявляют сплавы с неравновесной и неоднородной структурой, в которой «соседствует» сразу несколько фаз с близкими параметрами решетки. Это открывает новые перспективы для их применения в области высокоточной сенсорики, однако для ученых оставался нерешенным вопрос: как создать и стабилизировать эту неравновесную наногетерогенную структуру при климатических температурах, чтобы она сохранялась при комнатной температуре?
Проблему удалось решить команде ученых кафедры металловедения цветных металлов НИТУ «МИСиС» совместно со специалистами из Объединенного института ядерных исследований (Дубна). Специалисты выявили и открыли ряд соотношений между температурой обработки галфенолов и их кристаллической структурой. Эти исследования формируют полную картину о процессах, проходящих внутри кристалла, что позволяет подобрать необходимые условия обработки образца для стабилизации требуемой неравновесной структуры. Результаты работы ученые представили в виде ряда равновесных и неравновесных фазовых диаграмм, схем структурных превращений кристаллической решетки. Кроме того, ученые доказали, что легирование Fe-Ga сплавов микроскопическими дозами редкоземельных элементов может не только дополнительно повысить их магнитострикцию, но и стабилизировать метастабильные фазы при комнатной температуре.
«Цель совместного проекта — систематическое изучение структуры и свойств сплавов на основе железа в неравновесном состоянии, включая исследования на нейтронном реакторе в совокупности с методами физического металловедения, такими как сканирующая электронная и просвечивающая электронная микроскопия, рентген, магнитометрия, внутреннее трение и другие», — комментирует руководитель проекта профессор Игорь Головин.
Благодаря систематическому подходу к изучению структуры галфенолов ученым удалось установить, при каких условиях термической обработки сплавы демонстрируют свои наилучшие функциональные свойства.
Нет комментариев