Бистабильные магнитные элементы из сплава викаллой: технологический, физической и прикладной аспекты исследования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

РГ8 0/1

На правах рукописи Ахизииа Светлана Павловна

УДК 621.318.1, 53.082.78

БИСТАБИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ИЗ СПЛАВА ВИКАЛЛ ОЙ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ, ФИЗИЧЕСКИЙ И ПРИКЛАДНОЙ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Специальность 01.04.01. — "Техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований по физико-математическим и техническим наукам"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ижевск 1997

Работа выполнена в Ижевском Государственном Техническом Университете

Научный руководитель: кандидат технических наук Г.В. Ломаев

Официальные оппоненты: доктор химических наук В.И. Повстугар кандидат физико - математических наук P.C. Ильясов

Ведущая организация: АО "Ижевский мотозавод „Аксион"

Защита состоится « / » 1997г. в.

часов на

заседании диссертационного совета К 064.47.07 при Удмуртском Государственном Университете (426 034, г. Ижевск, ул. Красногеройская, 71).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УдГУ. Автореферат разослан « У » А-; 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат техн. наук

Л.Г. Ковнер

Прогресс магнитных датчиков обусловил появление особого класса материалов — бистабильных ферромагнетиков, перемагничивание которых осуществляется одним большим скачком Баркгаузела (БСБ). В связи с этой особенностью перемагничивания бистабильные сердечники к настоящему времени нашли широкое применение в разнообразных устройствах автоматики и измерительной техники. Однако интерес к формированию бистабильных магнитных свойств в ферромагнетиках далеко не исчерпывается практической значимостью. Подобные материалы являются наилучшими объектами, а по существу, и наилучшим инструментом исследования процессов перемагничивания.

Несмотря на то, что научное направление исследования бистабильных магнитных материалов развивается уже несколько десятилетий, несмотря на то, что выполнены сотни исследований, которые весьма основательно прояснили в принципиальном отношении многообразные и сложные процессы, происходящие при создании и перемагничивании бистабильных материалов, остаются пробелы, заполнение которых весьма важно в практическом отношении. В большей степени это относится к поликристаллическим бистабильным ферромагнетикам, в том числе, к проволочным образцам сплава викаллой, хорошо зарекомендовавшим себя в качестве бистабильных элементов. На фоне значительного количества публикаций, посвященных бистабильным аморфным элементам, крайне редко удается обнаружить информацию, касающуюся проблемы исследования формирования и проявления магнитной бистабильности в традиционных кристаллических ферромагнетиках.

Уместно упомянуть технические проблемы, неизменно возникающие при исследовании бистабильных ферромагнетиков. В частности, до сих пор нет

хорошего схемотехнического решения для измерения основных параметров импульсов ЭДС от БСБ: амплитуды, длительности, вольтсекундной площади, а также для парных измерений параметров, что необходимо при изучении корреляционных связей между ними.

Таким образом, актуальность работы определяется тем, что она отвечает насущной потребности создания бистабильных элементов, имеющих не только непосредственное прикладное значение, но и позволяющих исследовать тонкие механизмы процессов перемагничивания.

Цель диссертационной работы: Рассмотреть в деталях процесс формирования магнитной бистабилыюсти в проволочных образцах сплава викаллой и исследовать ее в физическом и прикладном аспектах.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

— исследовать эволюцию магнитных свойств проволочных образцов сплава викаллой в процессе формирования в них магнитной бистабильности упругопластическим деформированием и выявить технологические факторы, улучшающие технические характеристики бистабильных элементов;

— разработать феноменологическую модель процесса переключения бистабильной магнитной фазы в исследуемых образцах;

— создать многоканальную установку, позволяющую осуществлять измерения нескольких параметров БСБ;

— исследовать параметры БСБ в бистабильных образцах сплава викаллой при варьируемых режимах перемагничивания;

— исследовать динамику БСБ посредством его моделирования;

— показать возможности технического применения получаемых бистабильных элементов БИСЕР-1.

На защиту выносятся следующие результаты.

1. способ формирования магнитной бисгабильности в проволочных образцах сплава викаллой и представление о физике этого процесса;

2. феноменологическая модель процесса БСБ, базирующаяся на экспериментальных данных и результатах математического моделирования БСБ;

3. результаты математического моделирования БСБ с использованием аппроксимации градиента потенциального рельефа (ГПР) кусочно-полиномиальной функцией;

4. четырехканальная установка, позволяющая проводить одновременно измерения нескольких параметров БСБ;

5. сравнительный анализ величин флуктуации параметров БСБ и их зависимость от режима перемагничивания;

6. анализ перспектив использования в измерительной технике и автоматике созданных бистабильных элементов.

Научная новизна:

¡.Впервые предпринято комплексное исследование вопросов, связанных с процессом создания бистабильных элементов из сплава викаллой (52%Со,37%Ре,11%У).

2. Разработан способ формирования бистабильных магнитных свойств в проволочных образцах сплава викаллой, отличающийся простотой и позволяющий получать бистабильные элементы для устройств автоматики и измерительной техники, не уступающие аналогам по своим характеристикам.

3. Показано, что при формировании магнитной бистабильности в проволочных образцах сплава викаллой путем их упругопластического деформирования (кручение с растяжением) имеет место экстремальная

зависимость амплитуды импульса ЭДС от БСБ от величины растягивающей нагрузки.

4. Выявлено, что локальное переменное магнитное поле оказывает существенное влияние на процесс формирования бистабильных свойств в образцах. Сканирование проволоки в процессе деформирования локальным источником переменного поля увеличивает однородность бистабильных свойств по длине проволоки, а также увеличивает амплитуду импульсов ЭДС от БСБ в среднем на 25 - 30%.

5. Показано, что магнитная бистабильность, создаваемая в проволоке сплава викаллой, посредством ее пластического деформирования, обусловлена наведением анизотропии магнитострикционным механизмом в пластически деформированном поверхностном слое.

6. Обнаружены два механизма БСБ при экспериментальном исследовании процесса переключения бистабильных элементов. Предложена феноменологическая модель, объясняющая данный факт. Показано, что высококоэрцитивная магнитная фаза, обусловливающая "аномальный" механизм БСБ, играет роль фактора, стабилизирующего процесс БСБ, вследствие чего флуктуации параметров Б СБ уменьшаются в 5-10 раз по отношению к "классическому" механизму БСБ.

7. Впервые промоделирован процесс БСБ с использованием аппроксимации ГПР кусочно-полиномиальной функцией. Показано, что полученные расчетные зависимости скорости движения доменной границы (ДГ) хорошо согласуются с экспериментально наблюдаемым процессом БСБ.

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты проведенных исследований были реализованы при разработке технологии получения бистабильных магнитных проволочных сердечников БИСЕР-1 из

сплава викаллой. На базе лаборатории кафедры "Приборы и методы контроля качества" ИжГТУ налажено мелкосерийное производство этих сердечников. Разработана методика допускового контроля сердечников на рабочем месте. В диссертационной работе даны рекомендации по выбору режима перемагничивания сердечников, с целыо значительного уменьшения флуктуации параметров БСБ предложено использовать в качестве информативного сигнала вольтсекундную площадь импульса ЭДС от БСБ, как максимально стабильную характеристику.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на: Российской с международным участием научно-технической конференции "Неразрушающий контроль в науке и индустрии — 94" (Москва, 31 мая - 2 июня 1994); IV Международной школе - семинар "Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления" (Псков, 14- 19 сентября 1995); научно-технических конференциях "Ученые Ижевского Государственного Технического Университета — производству" (Ижевск, апрель 1995; апрель 1996), научном семинаре ФТИ УрО РАН (Ижевск, 14 мая 1997).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в семи печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Объем работы - 224 е., из них основной текст - 187 е., рисунков - 63 , таблиц - 5 , библиографический список из 198 наименований. Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы её цель

н задачи, приведены основные положения, выносимые на защиту, и показаны практическая значимость работы и научная новизна.

Глава I. Бистабильные ферромагнетики: технологический, теоретический и экспериментальный аспекты проблемы.

Эта глава представляет обзор литературы по тематике исследований. В первом параграфе дан сравнительный анализ существующих бистабильных магнитных элементов двух классов: аморфных и поликристаллических. Хронологический приоритет принадлежит поликристаллическим образцам (проволока Виганда) [1] . В последнее десятилетие формирование магнитной бистабильности и её проявление, в основном, исследуется на аморфных сплавах [2-4], так как в них достаточно просто решается задача получения бистабильного поведения вследствие отсутствия магнитокристаллической анизотропии и благоприятного сочегания магнитных и механических свойств. Информация относительно поликристаллических бистабильных

ферромагнетиков, в частности, образцов сплава викаллой крайне ограничена. Из анализа имеющихся публикаций следует, что сплав викаллой в бистабильном состоянии нашел широкое применение благодаря работам Виганда. Однако технологические исследования этого сплава, проводимые Вигандом, носили чисто эмпирический характер. Автором данной работы не обнаружено ни одной публикации, посвященной исследованию эволюции магнитных свойств образцов сплава викаллой при создании в них магнитной бистабильности упругопластическим деформированием.

Во втором и третьем параграфах главы изложены физические условия осуществления БСБ в ферромагнетике. Задача формирования в ферромагнетике условий магнитной бистабильности, в конечном счете, направлена на создание в нем резко выраженной магнитной анизотропии. На сегодня предполагается

существование трех основных механизмов наведения анизотропии, и в соответствии с этим три модельные теории описывают наведенную магнитную анизотропию: магнитострикционная, теория направленного упорядочения и магнитостатическая. В принципе, эти теории не исключают, а дополняют друг друга, если считать, что источники наведенной магнитной анизотропии действуют в первом приближении независимо друг от друга. Превалирующая роль того или иного механизма определяется способом наведения анизотропии и свойствами образца.

Четвёртый параграф главы посвящен анализу динамической теории скачкообразных процессов перемагничивания, в основу которой положено уравнение Беккера - Деринга:

шэх + /2х + F(.y) = 2 MsH{t), (1)

где т, — эффективная масса доменной границы единичной площади, ¡3 — коэффициент вязкого затухания, Ms— намагниченность насыщения, H(t) — поле перемагничивания, Fix) — функция, характеризующая реализацию случайной силы взаимодействия ДГ и дефектов. Наибольшие трудности адаптирования уравнения (1) к теории эффекта Баркгаузена состоят в математическом представлении функции F(x), по своей физической сущности являющейся градиентом потенциального рельфа (ГПР). Потенциальный рельеф в ферромагнетике обусловлен наличием в нем различного рода дефектов. В связи с этим один из подходов к определению функции F(x) состоит в том, что вычисляют градиент энергии взаимодействия ДГ с дефектами того типа, который преобладает в образце (напряжения, включения, дислокации).

Альтернативой подходу, ориентированному на определение энергии взаимодействия ДГ с дефектом, является статистический подход определения характеристик случайной функции Г'(х). Для её вычисления вводят какие-либо модельные представления о виде функции распределения дефектов и вычисляют статистические характеристики этого распределения.

Использование теории статистического потенциала в её существующей форме для описания динамики процессов перемагничивания ферромагнетиков с БСБ не приемлемо, так как в этом случае Г(х) не подчиняется статистике независимых процессов вследствие наличия в таких ферромагнетиках остро выраженной анизотропии дефектов. В отличие от ферромагнетиков с большим числом СБ в бистабильных образцах функция Р(х), описывающая ГПР, является детерминированной. При этом её физическая сущность вполне может быть объяснена в рамках разработанных модельных теорий (теории напряжений и др.).

В заключении главы (пятый параграф) рассмотрены перспективы использования ферромагнетиков с БСБ в технике измерений и контроля.

Глава II. Формирование бистабильных свойств в проволочных образцах сплава викаллой.

В настоящей главе приведены результаты исследования изменения магнитных свойств проволочных образцов сплава викаллой при упругопластическом деформировании (кручение с растяжением) последних.

Благоприятное сочетание близкого к нулю значения константы кристаллографической анизотропии и высокого значения константы магнитострикции (А$» 70-1045) в сплаве викаллой позволяет достаточно просто получить бистабкпьные свойства в проволочных образцах данного сплава в магнитомягком состоянии посредством их упругопластического

деформирования. Характерной особенностью сплава викаллой в исследуемом состоянии является практически отсутствие макротекучести при растяжении и большая величина последней при кручении. Это обстоятельство приводит к возможности формирования бистабильных свойств в образцах лишь упругопластическим кручением. Бистабнлыюсть, возникающая в образце при пластическом растяжении, после снятия нагрузки исчезает.

При кручении в образце формируются две высокоанизотропные бистабильные фазы, отличающиеся коэрцитивными силами. Высококоэрцитивная бистабильная фаза при плавном разневоливанни образца исчезает с последующим восстановлением при полном снятии нагрузки. С учётом изменения напряжений в образце при разневоливании это говорит о преобладающей роли в наведении анизотропии магнитострикционного механизма: резко выраженный градиент остаточных напряжений обусловливает ГПР, приводящий к бистабильному состоянию пластически деформированного поверхностного слоя образца. Данный результат также подтверждается изменением полярности импульса ЭДС от БСБ, наблюдаемым при гальваническом съеме сигнала (эффект Маггеуччи) в процессе разневоливания.

Получены зависимости интегральных магнитных характеристик коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции Вг от величины растягивающей нагрузки сг и относительного угла закручивания а. Наблюдаемые в зоне упругого деформирования увеличение Вг и уменьшение Не с ростом сг и а согласуются с результатами исследований [5] и объясняются перестройкой магнитной текстуры образцов из поперечной в продольную. Рост Не в зоне пластического деформирования вызван увеличением плотности дислокаций.

При исследовании влияния совместного действия кручения и растяжения на процесс формирования магнитной бистабнльности выявлена экстремальная зависимость амплитуды импульса ЭДС от БСБ от величины растягивающей нагрузки. Бистабильные образцы, изготовленные упругопластическим кручением при одновременном действии растягивающей нагрузки оптимальной величины сг= 28 - 30 кг/мм2, при перемагничивании генерируют импульсы наибольшей амплитуды порядка 2,0 - 2,5 мВ/виток. В диссертации дано объяснение этому факту на основе особенностей перестройки магнитной текстуры образцов при их деформировании.

Неоднородность свойств проволоки сплава викаллой в исходном состоянии не позволяет получать бистабильные свойства в образцах большой длины. Последнее является одним из основных условий при производстве сердечников, так как увеличивает выход годных элементов с единицы длины проволоки. Опыты по усовершенствованию выше описанного процесса получения бистабнльности привели к обнаружению влияния локального переменного магнитного поля на процесс формирования бистабильных свойств в образцах. Сканирование проволоки в процессе деформирования локальным источником магнитного переменного поля увеличивает однородность бистабильных свойств по длине проволоки, что вызвано, по всей видимости, взаимодействием движущихся дислокаций с градиентом магнитоупругого поля, возникающего в проволоке в области локального источника магнитного поля.

Глава III. Экспериментальное исследование больших скачков Баркгаузена.

При исследовании эффекта Баркгаузена в бистабильных ферромагнетиках акценты ставились на исследование параметров отдельного скачка намагниченности, а также их изменения при внутренних и внешних

воздействиях. Импульсы ЭДС, индуцируемые вследствие СБ на зажимах измерительной катушки, охватывающей ферромагнитный образец, как правило, являются единственным источником информации об этом явлении в ферромагнетике. В связи с этим проблема экспериментального исследования БСБ может быть сведена к проблеме определения параметров одиночных импульсов или импульсов, следующих с большой скважностью. Сложность создания аппаратуры для измерения однократных и редко повторяющихся импульсных процессов объясняется рядом трудностей, основными из которых являются: резкое возрастание погрешностей преобразования при уменьшении амплитуды и длительности измеряемых импульсов, а также зависимость точности измерений от формы сигнала и т.д. В литературе число работ, посвященных преодолению упомянутых трудностей и измерению одиночных импульсных процессов БСБ, весьма незначительно. До сих пор нет хорошего схемотехнического решения для измерения основных параметров ЭДС от БСБ: амплитуды, длительности, вольтсекундной площади, а также для парных измерений параметров, что необходимо при изучении корреляционных связей между ними.

Для исследования БСБ в бистабильных образцах сплава викаллой была создана уникальная установка, позволяющая проводить одновременно измерения нескольких параметров БСБ. Применение цифрового и разностного методов измерений обеспечило погрешность измерений не более 3%. Установка имеет четыре измерительных канала:

I канал — измерение поля старта БСБ;

II канал — измерение длительности импульса;

III канал — измерение амплитуды импульса;

IV канал — измерение вольтсекундной площади импульса ЭДС;

Измерение поля старта //^ БСБ сводится к определению интервала времени 1Н между передним фронтом импульса ЭДС от БСБ и опорным импульсом:

Н,=Нт-АНт/1н, (2)

где Нт, / — амплитуда и частота перемагничивающего поля,

В основу измерения амплитуды и вольтсекундной площади ЭДС от БСБ заложен метод амплитудно-временного преобразования, что является, на наш взгляд, наиболее рациональным подходом к решению задачи измерения указанных параметров БСБ.

В §3.2. диссертационной работы проведен подробный анализ

погрешностей измерения каждого из параметров БСБ.

Значительное внимание в работе уделено исследованию форм импульсов ЭДС от БСБ, поскольку именно форма импульса является тем чувствительным индикатором, который, главным образом, отражает движение ДГ, а также характер препятствий, задерживающих ее смещение. Среди разнообразия наблюдаемых форм импульсов ЭДС от БСБ определенно имеют место две их разновидности (рис.1). Импульсы первой формы имеют крутой фронт нарастания и пологий спад, импульсы второй формы — пологое нарастание и резкий спад. Важно отметить, что импульсы и первой, и второй форм наблюдаются на одном образце при одних и тех же условиях перемагничивания. Обнаруженные две формы импульса ЭДС от БСБ свидетельствуют о существовании двух механизмов БСБ. Первый механизм является характерным для проводящих ферромагнетиков и неоднократно

изучался. Второй механизм ранее другими авторами не наблюдался. На основании экспериментального исследования зависимости основных

Рис. 1 Осциллограммы двух форм импульсов ЭДС от БСБ

Масштабы: по вертикали 0,2 В/дел; по горизонтали 10 мкс/дсл

а) импульс первой формы (Нт=45 А/см);

б) импульс второй формы (Нт=35 Л/см)

параметров БСБ двух механизмов от амплитуды и частоты перемагничивающего поля и от поля подмагничивания сделано предположение, что второй ("аномальный") механизм БСБ возможен лишь при перемагничивании бистабильной оболочки не путем движения воронкообразной ДГ с опережающим перемагничиванием поверхности образца, а напротив —перемагничиванием изнутри. Причиной этого является обнаруженная эксперимнтально магнитная фаза, имеющая большую по сравнению с двумя другими фазами, коэрцитивную силу (ВКМФ). Переход от одного механизма БСБ к другому происходит при изменении магнитного

а

состояния ВКМФ. Поскольку ограничена возможность экспериментального исследования ГПР, определяющего, в целом, динамику БСБ, уточнение и детализация феноменологической модели в диссертационной работе осуществляется путем моделирования на ЭВМ динамического процесса БСБ (см.гл.IV).

Результаты экспериментального исследования флуктуаций параметров БСБ: поля старта, амплитуды, вольтсекундной площади трактуются в диссертационной работе в рамках гетерогенного зарождения новой магнитной фазы. Флуктуации поля старта, амплитуды и длительности имеют одну природу и являются следствием тепловых флуктуации магнитных моментов зародышей перемагничивання [6]. Существенное различие величин флуктуации параметров БСБ двух механизмов (до 20% — для первого механизма; до 4% — для второго) объясняется наличием фактора, стабилизирующего процесс БСБ. Роль этого фактора в исследуемых образцах выполняет ВКМФ, для которой характерна стабильность параметров, в частности, поля старта. В то время, как стабилизированный ВКМФ процесс БСБ, осуществляемый по второму механизму, синхронизируется этой фазой и начинается всегда с одного зародыша (либо с зародышей энергетически равных), при перемагничивании бистабильной оболочки по первому механизму со всей очевидностью проявляется гетерогенность процесса. Предполагая, что в пластически деформированной оболочке образца существует некоторое конечное число зародышей перемагничивання, поля старта которых случайным образом распределены в диапазоне, значительно превышающем размах флуктуаций поля старта второго ("аномального")механизма БСБ. Перемагничивание оболочки некоторое число циклов подряд может начинаться с одного из зародышей с флуктуациями теплового характера той же величины, что и у второго

механизма. Затем начинается перемагничивание с другого зародыша и так далее. Причины, приводящие к переходу от одного зародыша перемагничивания к другому, связаны с изменчивостью магнитного состояния других фаз ферромагнитного образца от цикла к циклу перемагничивания, в частности, магнитомягкой сердцевины.

Глава IV. Моделирование больших скачков Баркгаузена.

Исследованием вопроса выбора функции, аппроксимирующей ГПР, занимались авторы [7-9]. Как показывает анализ, получаемые с использованием предлагаемых ранее аппроксимаций расчетные зависимости скорости ДГ -х(0 имеют достаточно грубое соответствие по форме реальным импульсам ЭДС с(!). Кроме того, для этих аппроксимаций характерен общий недостаток — отсутствует возможность независимо варьировать параметры ГПР при СБ и, как следствие, отсутствует возможность детально исследовать влияние параметров ГПР на динамику СБ. Поскольку эти два факта имеют особую значимость при исследовании динамики БСБ, то использовать ранее предлагаемые аппроксимации ГПР при моделировании динамического процесса БСБ не представляется возможным.

Наиболее простой и удобной для расчетов дифференцируемой функцией является полином не ниже третьего порядка. Выяснилось, что если все условия (непрерывность, наличие двух экстремумов, возможность независимого варьирования коэффициентов), накладываемые на функцию Р(х) существенны, то обычным многочленом описать ГПР нельзя. В работе предложена аппроксимация ГПР кусочно-полиномиальной функцией вида:

- 2а , За 2

, при ¿<с

(3)

2ас аЬ{Ь - 2с)

,прих>с

(с-ЫХ+ (с-Ь)2

коэффициенты которой а, Ь, с соответствуют основным параметрам ГПР — глубине, ширине,* положению экстремума. Заложенная в модели возможность независимого варьирования параметров ГПР позволила детально исследовать механизмы БСБ.

Для исследуемых образцов, как проводящих ферромагнетиков, в случае линейного изменения перемагнйчнвающего поля уравнение (1) примет вид:

где Нт и /— амплитуда и частота перемагничивающего поля соответственно.

Уравнение (4) решалось методом Кутта - Мерсона, являющегося одной из модификаций метода Рунге - Кутта. Дифференцируя решение уравнения (4), получаем функцию ДО, которая с точностью до постоянного множителя отражает импульс ЭДС от БСБ на выходе измерительной катушки. Критерием правомерности кусочно - полиномиальной аппроксимации служит

соответствие временных параметров расчетного х{1) и реального с(1) процессов БСБ.

АЫА1~/-\ х),

(4)

Коэффициент А определяется выражением:

А = т$нп/,

(5)

Рис.2 Иллюстрация подобия форм зависимостей х(1) (а) и экспериментально наблюдаемых осциллограмм ЭДС е(1) от БСБ (о)

а) кривые I.. 9 соответствуют значениям с 0,01. . 0,09 см с шагом 0,01 см и а=50000 дин/см2; Ь"(),1 см; /3=6 г/см'сек; Л = 103ГсЭ/сек;

б) масштабы: по вертикали 0,2 И/дел; по горизонтали 10 мкс/дел

Полученные расчетные зависимости х(() при варьируемых глубине, ширине и форме ГПР согласуются с реальным процессом БСБ в исследуемых образцах. Наибольший интерес представляет адекватность

форм расчетных зависимостей ■*(/) и экспериментально наблюдаемых импульсов ЭДС от БСБ при варьируемом положении экстремума ГПР (рис.2). Увеличение глубины для любой формы ГПР сопровождается прямо пропорциональным увеличением амплитуды скорости ДГ и обратно пропорциональным уменьшением длительности процесса. Ширина ГПР влияет на длительность БСБ, не вызывая изменения амплитуды скорости ДГ.

Модель обосновывает два обнаруженных механизма БСБ движением ДГнад одним и тем же технологически созданным в образце ГПР в противоположных направлениях. Моделирование процесса БСБ с учетом тонких нюансов, присущих конкретным образцам, но не нашедших отражение в данной модели, предполагает как наложение на функцию Г(х), аппроксимирующую ГПР, дополнительных требований (например, к кривизне ГПР), так и получение дополнительной информации из экспериментальных исследований.

Основные результаты и выводы:

1. Исследовано влияние упругопластического деформирования на магнитные свойства проволочных образцов сплава викаллой и найдены условия, приводящие к появлению бистабильной магнитной фазы. Разработаны основы технологического процесса получения бистабильных элементов, оптимизированы параметры технологической схемы. Создан бистабильный магнитный элемент БИСЕР-1, не уступающий аналогам по своим характеристикам.

2. Выработано представление о физике процесса формирования магнитной бистабильности в исследуемых ферромагнетиках. Бистабильная

магнитная фаза в пластически деформированном поверхностном слое образца обусловлена наведением анизотропии магнитострнкционным механизмом, что подтверждается экспериментами с плавным разневоливанием образца при индукционном и гальваническом съемах сигнала.

3. Обнаружены две разновидности форм импульсов ЭДС от БСБ. Это свидетельствует о наличии двух механизмов переключения бистабильной магнитной фазы. Первый механизм характерен для проводящих ферромагнетиков и представляет собой движение воронкообразной ДГ с опережающим перемагничиванием поверхности образца. Второй механизм ранее не наблюдался другими авторами. Он обусловлен перемагничиванием бистабильной оболочки изнутри. Причиной этому является наличие в образце ВКМФ, магнитное состояние которой определяет переход от одного механизма к другому. Предлагаемая феноменологическая модель исходит из экспериментальных данных (см.гл.Ш) и согласуется с результатами математического моделирования динамического процесса (см.гл.IV).

4. Впервые промоделирован БСБ с использованием аппроксимации ГПР кусочно-полиномиальной функцией, коэффициенты которой соответствуют физическим параметрам ГПР. Заложенная в модели возможность независимого варьирования коэффициентов функции, аппроксимирующей ГПР, позволила установить влияние ГПР (его основных параметров - глубины, ширины и формы) на параметры импульса Баркгаузена. Модель обосновывает два механизма БСБ движением ДГ над одним и тем же технологически созданным в образце ГПР в противоположных направлениях.

5. Изучены в комплексе флуктуации параметров БСБ, что сделано впервые в научном направлении исследования бистабильных ферромагнетиков. Результаты данных исследований - рекомендации по выбору информативных

параметров и режимов перемагничивания в устройствах с бистабильными сердечниками БИСЕР-1. В частности, рекомендуется при проектировании магнитных компараторов использовать сердечник при перемагничивании по второму механизму, имеющему наименьший флукгуационный разброс поля переключения 3-4% против 10-20% в случае перемагничивания

сердечника по первому механизму. При использовании сердечников БИСЕР-1 в кодовых карточках и подобных устройствах целесообразно использовать в качестве информативного параметра вольтсекундную площадь импульса ЭДС от БСБ (флуктуации «3%) взамен амплитуды импульса БСБ (флуктуации «20%)

6. Созданы установки для проведения экспериментальных исследований магнитных свойств и БСБ, а также для изготовления небольших партий сердечников БИСЕР-1:

а) электромеханический стенд для сложного упругопластического деформирования проволоки сплава викаллой и измерения ее магнитных свойств в процессе деформирования. Одновременно с функциями исследовательской установки стенд выполняет роль рабочего места для получения заготовок сердечников БИСЕР-1;

б) четырехканальная установка для измерения основных параметров БСБ. Применяемые в установке цифровой и разностный методы измерений обеспечивают достаточно высокую точность измерений;

в) оборудование и приспособления, используемые при производстве сердечников БИСЕР-1;

7. Исследованы возможности использования бистабильных сердечников БИСЕР-1 в кодовых карточках, радиодатчике и в качестве магнитного компаратора.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Ахизина С.П,, Ломаев Г.В. Экспериме1ггальное исследование флуктуации параметров большого скачка Баркгаузена в БИСЕР - сердечниках (сплав 52%Co,37%Fe,ll%V) при циклическом перемагничивании // Сб. научн. трудов''Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления'.'— Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1995. — С.95 - 108.

2. Ломаев Г.В., Ахизина С.П. Исследование процессов перемагничивания в БИСЕР - сердечниках // Межвуз. тематич. сб. научн. трудов "Сегнетоэлектрики и пьезоэлекгрики." — Тверь: Изд-во ТГУ, 1995. — С.134-

142.

3. Ломаев Г.В., Ахизина С.П., Воденнков С.К. О двух формах импульса ЭДС от скачка намагниченности в ферромагнетике // Дефектоскопия.—

1996,—№12, —С.54-59.

4. Водеников С.К., Ломаев Г.В. Ахизина С.П. Установка для измерения параметров импульсов в эмиссионных методах контроля (метод эффекта Баркгаузена и акустической эмиссии) // Ученые ИжГТУ—производству. Тез. докл. научн.-техн. конф. 2-6 апреля 1996 г.—Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1996.— С. 143 - 144.

5. Ахизина С.П. К вопросу о форме импульса ЭДС от скачка Баркгаузена в бистабильном ферромагнетике // Ученые ИжГТУ — производству. Тез. докл. научн.-техн. конф. 2-6 апреля 1996г. — Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1996. — С. 141 - 142.

6. Ахизина С.П., Ломаев Г.В. Технология получения бистабильного элемента // Вопросы механики и технологии производства машин и материалов. — Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1997. — С.54 - 58.

7. Ломаев Г.В., Ахизнна С.П. Бистабильный магнитный сердечник "БИСЕР" // Неразрушающий контроль в науке и индустрии — 94. Тез. докл. научн. конф. 31мая - 2июня, 1994г. — Москва.1994. — С.92.

Список цитированной литературы

1. Marks J.//Ceramic Engineering and Science Proceedings-1980.- Vol.1.- № 5-6. -P.266 - 271.

2. Vazquez M., Gomez-Polo C., Chen D. X., Hernando A.// IEEE Trans, on maqiv. -1994- Vol.30.-№2. -P.907 - 912.

3. Vazquez M., Gomez-Polo C., Chen D. X.// IEEE Trans, on maqn.-1992-Vol.28.-№5.-P.3147 -3149.

4. Mohri К.// IEEE Trans, on maqn. in Japan.-1992.-Vol.7.-№8.-P.654 - 664.

5. Шур Я.С., Лужинская М.Г., Шубина Л .А.// ФММ.-1957.-Т.4 - Вып.1,-C.54 -59.

6. Жуков А.П., Пономарев Б.К., Соколовская Ж.Д.// Физикохимия аморфных (стеклообразных) металлических материалов: Под ред. Ю.К. Ковнеристого. — М.:Наука, 1987.-С. 142- 144.

7. Никитин В.Б., Ранкис Г.Ж.// Эффект Баркгаузена и его использование в технике. — Ижевск, 1977.-С.74 - 75.

8. Иванов А.А., Круглов В.Б.// Эффект Баркгаузена и его использование в технике. — Ижевск, 1997.-С. 29 - 33.

9. Ломаев Г.В.// Эффект Баркгаузена и его использование в технике. — Ижевск,!989.-С.74 - 79.