В. Ю. МИЛОСЕРДИН, А. Ю. МИЩЕНКО, В. Т. САМОСАДНЫЙ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ

НА ДОМЕННУЮ СТРУКТУРУ

АНИЗОТРОПНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СТАЛЕЙ

Проведен теоретический расчет температурного поля, возникающего в образцах электротехнических сталей при облучении лазером с различными исходными характеристиками. Проведена оценка глубины проплавления образцов при использовании наносекундного импульсного лазера ЛТИ-502. Приводятся данные по улучшению эксплуатационных свойств электротехнических сталей при лазерном облучении и отжиге.

Данная работа посвящена теоретической оценке воздействия лазерного облучения на доменную структуру ферромагнетика. Известно, что дробление доменов в ферромагнетиках эффективно приводит к снижению потерь на перемагничивание материала /1/, но в то же время следует отметить, что некоторые типы внешнего воздействия, вызывающие дробление доменов тем не менее вызывают значительное увеличение параметров магнитной неоднородности из-за образования в материале структурных дефектов кластерного типа.

Эксперименты, проведенные разными авторами, прямо указывали на то, что оптимальным методом скрайбирования поверхности электротехнических сталей с целью улучшения магнитных и эксплуатационных характеристик является лазерное облучение. Наибольший интерес представляет процесс нагревания образцов сталей, который не сопровождается фазовым переходом. Для правильного выбора параметров исходного лазерного облучения был проведен теплофизический расчет пространственно-временного хода температурного профиля образца при облучении его CO2 – лазером непрерывного действия с определенными параметрами облучения и получено, что температура в центре пятна облучения составила приблизительно 400°С. Далее авторами был проведен теоретический расчет возникающего в образцах температурного поля без учета плавления и испарения поверхности образца, при облучении импульсным лазером, приводящем к эффекту дробления доменов. В результате было показано, что при учете гауссовской формы импульса по радиусу пятна облучения температурное поле внутри образца имеет тенденцию к резкому уменьшению по мере увеличения глубины проникновения, что однозначно позволяет пренебрегать возможными эффектами, связанными с возможными фазовыми переходами.

Теоретический расчет температурного поля, возникающего в образце электротехнической стали при облучении мощным импульсным лазером с учетом возможности плавления и испарения поверхности, был выполнен в предположении того, что температура в центре пятна облучения не превышает температуру испарения образца, а распределение температурного поля в плоскостях, параллельных поверхности является изотропным. Результаты расчета показали, что величина, выделяющейся в образце энергии, достаточна для осуществления эффекта дробления доменов, который эффективно приводит к снижению потерь на перемагничивание. Численный расчет, проведенный на компьютере показал, что при использовании лазера с плотностью потока излучения, составляющего 200000 Вт/м2 оптимальная длительность импульса лазерного облучения составляет приблизительно Т = 2.7х10–3 с. Исходя из рассчитанных параметров с помощью составленной авторами программы была определена максимальная глубина на которой величина температуры остается равной температуре плавления образца. Эта величина при рассматриваемых параметрах облучения оказалась равна 404 мкм, что достаточно для дробления доменов.

Проведенные эксперименты с использованием наносекундного импульсного лазера ЛТИ-502 подтвердили данные теоретических расчетов, а сделанные впоследствии магнитные измерения позволили определить величину снижения потерь на перемагничивание образцов после облучения и термического отжига при температуре 850°С, позволяющего избавиться от возникших в образце при облучении механических напряжений /2/.

Список использованной литературы

1. Yamomoto T., Taguchi S. Influence of the laser irradiated on the magnetic properties of steel. – Soft Magnetic Materials, Proceedings of the International Conference. 1975. Р.15–18.

2. , , и др. Исследование мощных импульсных лазеров для обработки поверхности высококачественных электротехнических сталей анизотропного класса, Тезисы IX Всесоюзного совещания по материаловедению и магнитным свойствам электротехнических сталей. Минск. 1991.