Magnetic properties of tungsten composites

• Autorzy: Bucki J. J. , Fortuna-Zaleśna E. , Kowalczyk M. , Ludyński Z.

Warianty tytułu

PL

Właściwości magnetyczne kompozytów wolframowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The magnetic properties of three grades of tungsten composites (heavy alloys): W90.3Ni7Fe1.7Co1, W90Ni4Fe2Mo4 and W93Ni5Cu2 were examined. The dependence between the magnetic field and magnetic induction (hysteresis loop) was measured at room temperature. To determine the Curie temperature, the measurements of magnetic induction versus temperature were carried out (in temperature range 180÷700 K). In order to completely describe the materials, microstructural characterization of the composites was performed in terms of the size and volume fraction of tungsten particles and the chemical composition of the matrix. In the case of the W-Ni-Cu composite no hysteresis loop was registered. The dependency between the magnetic field and magnetization was linear. Moreover the measured (mass)magnetizations was at a constant, extremely low level of 0.0006 emu/g in the examined range of temperatures (180÷700 K). The results obtained for this grade confirmed that the material in the whole temperature range was in a paramagnetic state. The results obtained for two other grades: W90.3Ni7Fe1.7Co1 and W90Ni4Fe2Mo4 showed that they were slightly magnetic. In the case of these materials, the magnetization measured for the field 27000 A/m was at the relatively low level of 700 Gs. Both materials were difficult to saturate. The character of the hysteresis loops prove that at room temperature, the materials are close to ferro/paramagnetic transition. The Curie temperature is approached from the ferromagnetic side, which is confirmed by the plots of magnetization versus temperature. The Curie temperatures for these grades were estimated as 320 and 460 K, respectively. The results confirmed that the composite with a copper addition is a paramagnetic material whereas the two other grades are partially magnetic.

PL

W pracy badano właściwości magnetyczne kompozytów wolframowych (stopów ciężkich) o trzech składach: W90.3Ni7Fe1.7Co1, W90Ni4Fe2Mo4 i W93Ni5Cu2. W temperaturze pokojowej badano zależność pomiędzy natężeniem pola magnetycznego a indukcją magnetyczną (pętle histerezy). W celu wyznaczenia temperatury Curie mierzono zmiany indukcji magnetycznej w funkcji temperatury (w zakresie 180÷700K). W celu pełnego opisu materiałów scharakteryzowano strukturę badanych kompozytów. Wyznaczono średnią średnicę cząstek wolframowych, udział objętościowy fazy cząstek wolframowych, a także zmierzono skład chemiczny fazy wiążącej. Ilościowa analiza mikrostruktury wykazała, że wielkość cząstek wolframowych w badanych materiałach znacznie się różni. Najmniejsze cząstki występowały w kompozycie z dodatkiem molibdenu [E(d) 11 μm], największą wielkość cząstek zmierzono w kompozycie z dodatkiem miedzi [E(d) 25 μm]. Udział objętościowy fazy cząstek wolframowych zależy od zawartości wolframu oraz rodzaju użytych dodatków stopowych. Jak oczekiwano, najwyższy udział fazy cząstek wolframowych (0,87) uzyskano dla kompozytu o najwyższej zawartości wolframu - W93Ni5Cu2. Najniższa zawartość cząstek wolframowych (0,78) występowała w kompozycie o zawartości wolframu 90,3%. W przypadku kompozytu z najmniejszą zawartością wolframu (90%) udział objętościowy fazy cząstek wolframowych był stosunkowo wysoki - 0,86. Pomiary składu chemicznego cząstek wolframowych i osnowy wykazały, że w materiale tym większość molibdenu, dodanego jako dodatek stopowy, rozpuściła się w cząstkach wolframowych, zmniejszając w ten sposób udział fazy wiążącej. W kompozycie W-Ni-Cu nie udało się zarejestrować pętli histerezy. Zależność pomiędzy polem magnetycznym a magnetyzacją była liniowa, co jest typowe dla stanu paramagnetycznego. Również zmierzone wartości indukcji magnetycznej były na stałym, niskim poziomie - 0,0006 emu/g, w całym zakresie temperatur. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że w zakresie temperatur 180÷700 K badany materiał jest paramagnetyczny. Wyniki uzyskane dla dwóch pozostałych kompozytów: W90.3Ni7Fe1.7Co1 i W90Ni4Fe2Mo4 potwierdziły, że materiały te są nieznacznie magnetyczne. W przypadku obu kompozytów indukcja magnetyczna zmierzona dla natężenia pola magnetycznego 27000 A/m była na relatywnie niskim poziomie 700 Gs. Oba materiały również trudno się nasycały. Charakter uzyskanych pętli histerezy dowodzi, że materiały te w temperaturze pokojowej znajdują się blisko przemiany ferro/paramagnetyk. Temperatura Curie dla tych kompozytów wynosiła odpowiednio około 320 i 460 K. Krzywe zależności magnetyzacji od temperatury zarejestrowane dla tych kompozytów miały szeroki charakter, co świadczy, że przemiana ferro/paramagnetyk zachodzi w sposób stopniowy (nieostry).

Słowa kluczowe

EN

tungsten composites; tungsten heavy alloys; magnetic properties; microstructure

PL

kompozyty wolframowe; wolframowe stopy ciężkie; właściwości magnetyczne; mikrostruktura

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 3
• Strony: 268--272
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bucki J. J.

autor

Fortuna-Zaleśna E.

autor

Kowalczyk M.

autor

Ludyński Z.

• Warsaw University of Technology, Materials Science and Engineering Department, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Rabin B.H., Bose A., German R.M., Characteristic of liquid phase sintered tungsten heavy alloys, Int. J. of Powder Met. 1989, 25, 21-27.
• [2] Edmonds D. V., Structure/property relationship in sintered heavy alloys, Refractory Metals and Hard Materials 1991, 10, 15-26.
• [3] Wejrzanowski T., Computer Assisted Quantitative Description of the Functionally Graded Materials, Master’s Thesis, Warsaw University of Technology, Warsaw 2000.
• [4] Kulik T, Savage H.T., Hernando A.J., A high performance hysteresis loop tracer, J. Appl. Phys. 1993, 73, 6855-6857.
• [5] Cullity B.C., Graham D.C., Introduction to magnetic materials, second edition, John Wiley & Sons 2009.
• [6] Bucki J.J., Ludynski Z., Karwata T., Testing of magnetic properties of tungsten heavy alloys, Proc. of European Conf. on Advanced Powder Metallurgy Materials, October 1995, Birmingham, UK, 347-350.
• [7] Caldwell S.G., Tungsten Heavy Alloy Design Manual, Tungsten Products Company, http://www.hep.princeton.edu /~mcdonald/e166/Walz/Design%20Manual%20WHA%20.doc