ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Намагниченность из "Неразрушающий контроль Т4" Способность материалов намагничиваться объясняется существованием в них элементарных (молекулярных) токов (рис. [c.238] Природа ферромагнитных свойств материалов с квантово-механической точки зрения сводится к следующему. [c.238] С орбитальным движением электронов вокруг ядра связано возникновение орбитальных магнитных моментов. Возникают также магнитные моменты от прецессионного движения орбит электронов. Численное выражение этих двух видов магнитных моментов оказывается незначительным и не влияет на магнитные свойства ферромагнитных материалов. [c.240] Кроме того, электроны обладают существенными спиновыми магнитными моментами. Спин (англ. вращение) означает собственный момент количества движения микрочастицы, имеющей квантовую природу. Для объяснения физической сущности магнитных свойств материалов в первом приближении принято считать, что электрон вращается вокруг собственной оси как частица (см. рис. [c.240] Наличие в атомах нескомпенсиро-ванных спиновых моментов электронов -одно из условий возникновения ферромагнетизма в материалах. Однако это условие является необходимым, но недостаточным. Так, в атомах некоторых немагнитных элементов также имеются избыточные электроны, магнитные моменты которых нескомпенсированы. Например, в атомах немагнитного марганца пять избыточных электронов, в атомах кобальта -три, хрома - четыре. [c.240] При ф = О спиновые магнитные моменты ориентированы параллельно, что характеризует ферромагнитные свойства. [c.240] Знак обменного интеграла определяет характер ориентации спиновых магнитных моментов. При положительном знаке интеграла Л ориентация спинов оказывается параллельной, материал приобретает ферромагнитные свойства. [c.241] Обменное взаимодействие близко к нулю для атомов, находящихся на относительно больших расстояниях друг от друга, и увеличивается с уменьшением этого расстояния. Однако при сокращении этого расстояния до значения менее некоторого критического электростатические силы опять становятся близкими к нулю и ферромагнитные свойства теряются. Критические атомные расстояния зависят от расстояний между атомами и диаметра орбит, на которых нет компенсации спиновых магнитных моментов электронов. В ферромагнитных материалах межатомное расстояние должно быть в 1,5 раза больше диаметра нескомпенсированной орбиты. Например, это условие не выполняется относительно атомов марганца, поэтому марганец является немагнитным элементом. Незначительным смещением атомов марганца в их кристаллической решетке добиваются получения марганца с ферромагнитными свойствами, например в материалах для постоянных магнитов (сплаве серебра с марганцем и алюминием). [c.241] Вследствие взаимодействия спиновых и орбитальных магнитных моментов в материале возникает большое число областей со спонтанной намагниченностью, которые называют доменами. Вид доменов в тонкой ферромагнитной пленке, наблюдаемых под микроскопом в поляризованном свете, показан на рис. 1.17. На рис. 1.17, 6 представлено распределение доменов на пленке, расположенной на трещине в образце, а на рис. 1.17, а - на образце без повреждений. Видно, что магнитное поле над дефектом вносит существенное изменение в распределение доменов. Способ индикации магнитных полей по распределению доменов на ферромагнитной пленке может быть использован дпя проверки эталонных образцов, а также и для обнаружения дефектов. [c.241] Линейные размеры домена составляют около 1. .. 10 мкм. Внутри домена миллионы магнитных моментов атомов ориентированы параллельно друг другу. Каждый домен намагничен до насыщения. В итоге образуется результирующее магнитное поле домена. [c.241] В размагниченном материале магнитные поля доменов направлены хаотично и компенсируют друг друга так, что результирующее поле всех доменов в детали практически равно нулю (рис. 1.18, а). [c.241] Намагничивание ферромагнитных материалов под действием внешнего поля объясняется тем, что направление полей отдельных областей (доменов) устанавливается по направлению внешнего поля, их магнитные поля при этом суммируются. В результате образуется сильное поле намагниченной детали (рис. 1.18, б). После снятия намагничивающего поля векторы полей некоторых доменов под воздействием внутренних напряжений в металле и из-за других причин отклоняются от направления намагниченного состояния, деталь приходит в состояние остаточной намагниченности (рис. 1.18, в). [c.242] Следовательно, намагниченность J -это степень согласованной ориентировки магнитных полей доменов в металле, иначе, это индукция, создаваемая элементарными токами. [c.242] Намагниченность J измеряется в амперах на метр (А / м). [c.242] Намагниченность J проверяемой детали зависит от напряженности поля Н, действующего на эту деталь. [c.242] Материалы теряют ферромагнитные свойства, если энергия теплового движения превышает значение обменной энергии. Это происходит при температуре, которую называют точкой Кюри. Чем больше обменная энергия, характеризуемая обменным интегралом, тем должна быть выше точка Кюри. Точка Кюри для железа равна 753 °С, для кобальта -1127 °С, для никеля - 358 °С, для гадолиния - 16 °С. При снижении значений этого параметра магнитные свойства материалов восстанавливаются. [c.242] Вернуться к основной статье