Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Saidi,Ahmad Monshi
علي سعيدي (استاد راهنما) احمد منشي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Kamran Saeidi
کامران سعيدي

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
Iron-cobalt alloys are the most important soft magentic materials which exhibit unique magnetic properties such as high magnetic saturation, high curie temperature and low magnetic loss and therefore are widely used in different industrial applications such as electric motors, information storage, telecomunications, high power transformators and recently in areospace industries. Although FeCo alloys are famous due to their magnetic properties, their application in different industries have drawn some attention to their mechanical properties as well. The formability of FeCo alloy is very low and so is not suitable for fabrication of magnetic parts by any deformation process such as rolling or extrusion. This mechanical property (formability) can be improved by addition of small amount of alloying elements such as V, Nb, Ni and Cr. The strength, hardness and wear resistance of these alloys may also be improved by reinforcement with hard ceramic particles. The main challenge in this respect is to maintain the magnetic properties when the mechanical properties are improved. So in this research work production of FeCo-Nb alloys and their reinforcement with WC particles was investigated using mechanical alloying technique. Elemental Fe, Co, Nb and WC powders were used as starting materials and the products, FeCo-Nb alloy and (FeCo-Nb)WC, were characterized for their magnetic properties, namely magnetic saturation and coercivity using a Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Phase transformation, microstructural characteristics were studied by X-ray Diffraction (XRD), Scaning Electron Microscope (SEM). The results indicated that a phase transformation for Cobalt from fcc to hcp occurred at the first three hours of milling. This was followed by dissolution of Co in Fe and a nearly complete FeCo-Nb solid solution was obtained after 10 hr milling. Addition of WC to the starting powders resulted in a more efficient milling such that the alloy formation took place at a shorter time (5 hr). The SEM micrographs also indicated that a homogeneous composite with finely disstributed WC particles have been produced after 10 hr milling. Regarding the magnetic properties the results showed that addition of 2 wt% Nb to FeCo alloy improved the magnetic saturation and coercivity compared to the conventional FeCo and FeCo-V alloys. Reinforcement of FeCo-Nb alloy with WC particles did not change the magnetic properties severely but increased the microhardness from 470 Hv for FeCo-Nb alloy to 850 Hv for (FeCo-Nb)WC composite. Annealing the composite powders at 500?C increased the magnetic saturation from 160 emu/g to 180 emu/g and also decreased the coercivity to about 20 Oe. Annealing at higher temperatures (700 and 900?C ) declined the magnetic properties due to formation of an antimagnetic phase called the Eta phase (Fe 6 W 6 C). By sintering the composite powders at 1000?C and 1200?C and in H 2 atmosphere, bulk specimens were produced. The results showed that 1000?C was not sufficient for proper sintering while sintering at 1200?C was successful with less than18% porosity and a fine diersion of WC particles in the FeCo-Nb matrix. Furthermore hardness of the sintered sample, measured 720 Vikers and the magnetic saturation and coercivity of this sample were measured 194 emu/g and 39 Oe respectively. Keywords: Soft magnetic materials, FeCo alloy, magnetic properties, Mechanical alloying, composite, nanostructure
چکيده آلياژهاي آهن-کبالت يکي از مهمترين مواد مغناطيسي نرم هستند که به دليل خواص مغناطيسي منحصر به فرد از جمله اشباع مغناطيسي و دماي کوري بالا و تلفات مغناطيسي کم کاربردهاي گوناگوني در صنايع مختلف مانند موتورهاي الکتريکي، ذخيره سازي اطلاعات ، مخابرات، ترانس هاي ظرفيت بالا و اخيرا در صنايع هوافضا پيدا کرده اند. اگرچه آلياژهاي آهن-کبالت به خاطر خواص مغناطيسي آن ها بيشتر مورد توجه بوده اند، ولي کاربردهاي متنوع اين آلياژها در صنايع مختلف باعث شده خواص مکانيکي آن ها نيز مورد توجه قرار گيرد. آلياژ FeCo داراي شکل پذيري بسيار پاييني است و لذا براي ساخت قطعه به روش هاي نورد يا اکسترژن مناسب نيست. اصولا شکل پذيري اين آلياژها را مي توان با افزايش مقادير کم V، Nb، Ni و Cr بهبود بخشيد. استحکام، مقاومت سايشي و سختي آلياژ را هم مي توان بوسيله کامپوزيت کردن با ذرات سخت سراميکي ارتقا داد. چالش اساسي در اين رابطه حفظ خصوصيات مغناطيسي همراه با ارتقا خواص مکانيکي است. بنابراين در اين کار تحقيقاتي توليد آلياژ FeCo- و کامپوزيت آن با WC مورد بررسي قرار گرفت و اشباع مغناطيسي و وادارندگي مغناطيسي محصولات اندازه گيري شد. استحاله فازي و ساختار ميکروسکوپي آلياژ توسط XRD و SEM بررسي شد. نتايج نشان داد در 3 ساعت اول آسياب کاري استحاله فازي کبالت کوبيک به هگزاگونال اتفاق مي افتد و بدنبال آن انحلال Co در Fe رخ مي دهد. حلاليت Co در Fe تقريبا بعد از 10 ساعت کامل مي شود. حضور WC در آلياژ اصولا راندمان آسياب کاري را افزايش مي دهد بطوريکه در حضور WC پيک هاي کبالت در الگوي XRD پس از 5 ساعت حذف مي شود. استفاده از نيوبيوم در آلياژ، در مقايسه با آلياژ سنتي آهن-کبالت نه تنها باعث تخريب خصوصيات مغناطيسي نشد بلکه سبب تقويت اشباع مغناطيسي و کاهش وادارندگي مغناطيسي نيز شد. از طرفي تقويت آلياژ FeCo- با کاربيد تنگستن علي رغم اينکه تغييرات زيادي در خصوصيات مغناطيسي بوجود نياورد باعث افزايش سختي از 470 ويکرز براي آلياژ FeCo-Nb به 850 ويکرز براي کامپوزيت (FeCo-Nb)WC شد. در اثر آنيل کردن کامپوزيت توليدي در دماي 500 درجه سانتيگراد خواص مغناطيسي ارتقا پيدا مي کند و لي آنيل کردن در دماي 700 درجه سانتيگراد و بالاتر باعث کاهش خواص مغناطيسي مي شود. در اثر تف جوشي پودر کامپوزيتي در دماي 1200 درجه سانتيگراد و اتمسفر هيدروژن و توليد قطعه بالک دانسيته نسبي حدود 86%، سختي 720 ويکرز، اشباع مغناطيسي emu/g 194 و وادارندگي مغناطيسي Oe 39 بدست آمد. کلمات کليدي: مواد مغناطيسي نرم، آهن-کبالت، خواص مغناطيسي، آلياژسازي مکانيکي، کامپوزيت، نانوساختار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی