Термостабильность постоянных магнитов как основной фактор снятия обратимых изменений для обеспечения надежности изделия

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Термостабильность постоянных магнитов как основной фактор снятия обратимых изменений для обеспечения надежности изделия Черкасова О. А.1, Черкасова С. А.2

'Черкасова Ольга Алексеевна / Cherkasova Olga Alekseevna — кандидат физико-математических наук,

доцент,

кафедра компьютерной физики и метаматериалов, физический факультет, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского; 2Черкасова Светлана Алексеевна / Cherkasova Svetlana Alekseevna — кандидат технических наук, доцент, кафедра технической механики и деталей машин, Институт электронной техники и машиностроения Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А., г. Саратов

Аннотация: исследовано влияние термоостаривания магнитов на сохраняемость магнитных свойств системы, на их основы при климатических испытаниях. Показано снятие обратимых изменений за счёт термоостаривания магнитов. Установлено, что ход кривых температурных зависимостей величин остаточной индукции совпадает для разных режимов испытаний, при этом Ткв изменяется в пределах (0,004^0,018)%/°С.

Ключевые слова: магнитная система, остаточная индукция, температурный коэффициент по индукции.

Надежность изделия зависит от многих характеристик и в первую очередь от сохраняемости параметров её составных элементов. Рассматривая магнитную систему (МС) как один из основных компонентов электронного устройства, можно говорить о сохраняемости её параметров при условии, что топология магнитного поля системы будет однородна и изменяться в допустимых пределах при различных внешних и внутренних воздействиях. Если предположить, что МС обеспечивает в целом сохраняемость величины магнитной индукции, то, как следствие, и постоянные магниты (ПМ), входящие в её состав, должны обладать сохраняемостью своих основных параметров. Основными параметрами, характеризующими МС и ПМ, является величина магнитной индукции на оси системы/магнита (Вос/Вцк): продольная и поперечная составляющая; температурный коэффициент по индукции (ТКВ); напряженность поля (Н). Исследование магнитной индукции на оси МС при внешнем воздействии представляет значительный интерес, т. к. позволяет предсказать поведение МС и изделия в целом на этапе эксплуатации. Увеличивая однородность топологии магнитного поля, повышается и надежность изделия.

Как было показано в работах [1, 2] при низких и высоких температурах, а также при наложении внешнего размагничивающего поля, наблюдаются обратимые изменения в величине магнитной индукции на оси системы от параметров в нормальном состоянии. Однако стоит напомнить, что в рассмотренных работах использовали ПМ, находящиеся в техническом насыщении. В связи с этим возникает необходимость снятия этих обратимых изменений, тем самым обеспечить более низкое значение ТКВ при температурных испытаниях. Известно, что предварительная термостабилизация ПМ позволяет снять обратимые изменения магнитной индукции. В связи с этим, цель данного исследования состоит в том, чтобы изучить топологию магнитного поля системы, собранной из термостабилизированных ПМ в условиях климатических испытаниях.

Материалы и методы исследования

Для исследования МС собиралась на стяжке из 15 ПМ. В качестве ПМ использовали кольцевой магнит 0 12x6x3 мм, изготовленный из материала КСГЭ, по технологии, предложенной в работах [3, 4]. Для обеспечения надежности и, соответственно, сохраняемости основных параметров магнитов, они подвергались термоостариванию в течение 2 часов при температуре 200°С или 250°С, с последующим остыванием до комнатной температуры. Температура в печи поддерживалась постоянной, допускалось отклонение от номинального значения в пределах ±1°С. Для стабилизации ПМ выбрали две температуры (200°С и 250°С) с целью выявления возможных изменений в основных параметрах и последующим определением с необходимой температурой остаривания. После остаривания магниты собирались в систему по принципу отталкивания на равном удалении друг от друга, для исключения внутренних размагничивающих эффектов. Детальная сборка МС создавалась аналогично макету,

предложенному в работах [1, 2]. Такой вид системы был выбран с целью сравнительного анализа с полученными ранее результатами [1, 2, 5]. С помощью зонта с датчиком Холла измерялась индукция на оси системы. Для температурных испытаний были выбраны следующие диапазоны: +20°С^(-60)°С и +20°С^(+100)°С. Поддержание температуры в камере тепла и холода обеспечивалось в пределах ±3°С. В качестве контроля была выбрана 110=+20°С. Метод температурных испытаний подробно описан в работе [2].

Результаты и обсуждение

В результате проведения различных режимов термоиспытаний были получены графики распределения амплитудного значения магнитной индукции на оси МС. Изменения остаточной магнитной индукции на оси МС в интервале температур приведены на рис. 1. Из сравнения полученных данных следует, что увеличение температуры стабилизации магнитов приводит к заметному снижению остаточной индукции в магнитах и, следовательно, в системе при комнатной температуре. Так, в случае использования температуры стабилизации магнитов в 200°С магнитная индукция на оси системы упала на 5,4%. Добавление еще 50°С приводит к снижению на 8%. Приблизительно такие же значения магнитной индукции были получены при действии размагничивающего поля напряжённостью 480 и 640 кА/м, соответственно [1]. Следовательно, предварительная термостабилизация магнитов позволяет снять обратимые изменения, возникающие в макроскопических доменах ПМ, за счёт первоначального самопроизвольного спонтанного намагничивания до насыщения, что хорошо согласуется с полученными ранее результатами [2, 5].

Рис. 1. Температурные зависимости остаточной индукции МС: 1 — без термостабилизации ПМ [1];

2 — термостабилизация при 200°С; 3 — термостабилизация при 250°С

Как видно из сравнения хода зависимости (рис. 1), кривые 2, 3 практически совпадают, исключение составили данные по измерению Вср системы, собранной из не остаренных магнитов. Это как раз и связано с наличием обратимых структурных изменений в материале магнита.

Кроме этого для оценки температурной стабильности и, как следствие, надёжности МС целесообразно провести сравнение температурных коэффициентов остаточной индукции, рассчитанных в различных температурных интервалах с помощью выражения:

В-1 ? — Вп 8п> Ткв =-¥-'100% = 7-'100%-

Из представленных данных (табл. 1) следует, что абсолютные значения температурных коэффициентов для МС 2 и 3 режимов испытаний существенно не отличаются друг от друга. Следовательно, можно говорить о том, что система, собранная на основе термостабилизированных магнитов, имеет наименьшее значение ТКВ и является более надёжной в условиях резкого изменения температур.

Термоостаривание ПМ Режим ТКВ, %/°С, на интервале

испытаний (20-^(-60))°С (20^100)°С

нет 1 0,106* 0,043*

200°С 2 0,004 0,018

250°С 3 0,005 0,018

Примечание: * - результаты взяты из работы [1] для сравнения.

Заключение

Для повышения надёжности МС необходимо термоостаривание ПМ, входящих в систему. Температура остаривания зависит от эксплуатационных характеристик изделия. Минимальная температура остаривания 200°С для систем, у которых рабочая температура в пределах 60-120°С, и 250°С - при рабочей температуре более 120°С.

Литература

1. Черкасова О. А., Черкасова С. А. Влияние размагничивающего эффекта на устойчивость магнитной индукции системы при климатических испытаниях // Вестник науки и образования, 2016. № 10 (22). С. 5-7.

2. Черкасова О. А., Черкасова С. А. Исследование поведения магнитного поля системы в условиях климатических испытаний // Вестник науки и образования, 2016. № 9 (21). С. 12-14.

3. Черкасова О. А. Влияние режимов спекания на магнитные характеристики магнитов из сплава КС37 // Гетеромагнитная микроэлектроника, 2013. Вып. 15. С. 106-112.

4. Черкасова О. А. Влияние режимов спекания на процесс формирования магнитных характеристик у магнитов из сплава КС37 // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук, 2013. № 12-1. С. 35-38.

5. Черкасова О. А. Экспериментальное и аналитическое исследование магнитной индукции на поверхности дисковых магнитов из Бш-Со сплава // Информационные технологии и математическое моделирование в образовании и научных исследованиях. Сб. научных ст. Саратов: СРОО Центр «Просвещение», 2016. С. 150-153.

Водородная энергетика: преимущества и недостатки Белый Ю. И.1, Терегулов Т. Р.2

'Белый Юрий Иванович /Ве1уу Уптгу 1уапотсН — студент;

2Терегулов Тагир Рафаэлович / Теге%иО Tagir Rafaelovich - кандидат технических наук, доцент, кафедра электромеханики, факультет авионики, энергетики и инфокоммуникаций, Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа

Аннотация: в статье анализируется принцип водородной энергетики и его преимущество перед другими видами энергетики. Так же приведены плюсы и минусы водородной энергетики. Ключевые слова: энергия, водородная энергетика, водород.

Водородная энергетика: преимущества и недостатки

Одним из альтернативных способов получения энергоносителя является водородная энергетика. На сегодняшний момент нет четкого экономически выгодного механизма ее получения. Однако учеными ведутся активные разработки вариантов добычи водородного топлива. Основные проблемы водородной энергетики заключаются в том, что получение вещества сопряжено с необходимостью траты иных энергоносителей (нефть, электричество, газ), а также высокой угрозой образования взрывов.

Специалисты стремятся найти возможности устранения этих проблемных аспектов. Так, внимание уделяется вопросам получения водорода из воды. Учитывая, что мировой океан исчисляется миллионами тонн воды, можно считать, что источник для получения водородного топлива неисчерпаем.

Преимуществами водородной энергетики является преодолевание трудности на пути к получению альтернативного источника энергии, ученые побуждают высокие эксплуатационные и технологические показатели энергоносителя. Имея низкий показатель вязкости, водород без