صفحه اصلی دانستنی های متالورژی نانو تکنولوژی آلياژهای نانوبلوری FINEMET

آلياژهای نانوبلوری FINEMET

آلیاژهای نرم مغناطیس نانوبلوری پایه آهن از خانواده Fe-Si-B-Nb-Cu  در سال 1988 تحت نام تجاری FINEMET توسط Yoshizawa و دیگران معرفی شدند. این آلیاژ ابتدا در حالت آمورف با استفاده از فرایند مذاب ریسی به شكل نوار/ فویل تولید می‌شود. اعمال فرآیند نانوتبلور بر روی نوارها/فویل‌های آمورف، منجر به دستیابی به خواص جالبی می‌شود كه در حالت آمورف یا میكروكریستالین قابل حصول نمی‌باشد. از مشخصه‌های آلیاژهای نانوبلوری FINEMET می‌توان به القاء اشباع و نفوذپذیری مغناطیسی بالا، تلفات هسته پایین، تغییر بعد مغناطیسی پایین و امكان كنترل خواص مغناطیسی با اعمال عملیات حرارتی‌های مختلف اشاره كرد. خواص منحصر به فرد آلیاژهای نانوكریستالین از تغییرات شیمیایی و ساختاری آنها در مقیاس نانومتری نشأت می‌گیرد. عملیات حرارتی این گروه از آلیاژها با تركیب اسمی Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9، یك ساختار همگن از دانه‌های بسیار ریز α-FeSi با اندازه دانه تقریبی 15-10 نانومتر كه در یك زمینه آمورف احاطه شده‌اند تولید می‌كند. در واقع تشكیل نانوكریستالیت‌های جفت شده توسط برهمكنش تبادلاتی، موجب كاهش قابل توجه تغییر بعد مغناطیسی اشباع، λs، وادارندگی، Hc، و افزایش نفوذپذیری مغناطیسی می‌شود. در این آلیاژ Cu به عنوان عامل جوانه زا عمل كرده و بر شدت جوانه‌زنی دانه‌های bcc می‌افزاید در حالیكه Nb مانع از رشد دانه فاز FeSi كه در جریان فرآیند آنیل از زمینه‌ی آمورف متبلور می‌شود، می‌گردد. هنگامی كه آلیاژ Fe-Si-B (بدون افزودنی‌های Nb و Cu) كریستالیزه می‌شود، خواص نرم مغناطیسی‌اش را از دست می‌دهد؛ اما خواص نرم مغناطیسی آلیاژهای FINEMET به جهت رسوب فاز نانوكریستالین به طور چشمگیری بهبود می‌یابد. وابستگی خواص مغناطیسی به ریزساختار، توسط مدل ناهمسانگردی تصادفی كه برای فرومغناطیس‌های آمورف توسط Alben و دیگران ارائه شد، بیان می‌شود. بدین ترتیب كه هنگامی كه اندازه دانه كمتر از طول تبادل فرومغناطیسی باشد، برهمكنش تبادلاتی بر انرژی ناهمسانگردی غلبه كرده و بردارهای آهنربایش را وادار می‌سازد كه در چندین دانه با یكدیگر موازی گردند. چنین شرایطی منجر به بهبود قابل ملاحظه خواص نرم مغناطیسی می‌شود. با وجود اینكه كمتر از 30 سال از ابداع این نانوكامپوزیت‌ها می‌گذرد، كاربردهای وسیعی در صنایع و تجهیزات الكترومغناطیسی مختلف پیدا كرده‌اند. از جمله مهمترین كاربردهای این مواد استراتژیك می‌توان به هسته‌های ترانسفورماتور جریان و ترانسفورماتور قدرت، حسگرهای جریان، حسگرهای میدان مغناطیسی، چوك‌ها، فیلترها و حفاظ‌های مغناطیسی، تقویت كننده‌های مغناطیسی و غیره اشاره كرد.