Магнітоакустична емісія

Магнітоакустична емісія (МАЕ) — сукупність акустичних коливань, що виникають в феромагнетику при перемагнічувані.

Загальні відомості

При дослідженні перемагнічування феромагнетиків розрізняють електромагнітний ефект Баркгаузена і акустичну емісію Баркгаузена (магнітоакустична емісія)[1]. До того ж магнітоакустична емісія не завжди супроводжується стрибками Баркгаузена і, навпаки, стрибки Баркгаузена не завжди супроводжуються магнітоакустичною емісією. Джерелом магнітоакустичної емісії при перемагнічувані феромагнетиків, за сучасними уявленнями, є локальні ділянки магнетострикційних деформацій, що відбуваються при перебудові доменних меж. Виникаючі пружні коливання мають досить широкий діапазон частот і можуть бути зареєстровані за допомогою п'єзоперетворювачів[2].

Історія питання

У 1919 році в Німеччині Баркгаузеном було виявлено стрибкоподібна зміна намагніченості феромагнетика. При цьому в котушці, намотаній на зразок індукувались імпульси ЕРС. Цей ефект отримав назву ефект Баркгаузена[3]. У 1924 році Хіпс виявив, що при перемагнічувані феромагнетика, крім стрибків ЕРС в намотаній на зразок котушки, відбувається утворення акустичного шуму[4]. В результаті чого, кожен стрибок є джерелом механічних коливань всього зразка. Це явище отримало назву магнітоакустичної емісії і пояснювалося тим, що магнітострикція в зразку також змінювалася стрибкоподібно. Про цей ефект практично забули до 1974 року, поки для реєстрації акустичних шумів не почали використовувати п'єзокерамічні перетворювачі на основі цирконат-титанату-свинцю[5]. Був проведений цілий ряд експериментів по можливості використання ефекту магнітоакустичної емісії для неруйнівного контролю. З'ясувалась його чутливість до змін структурного і напружено-деформованого стану феромагнітного матеріалу. На відміну від електромагнітного ефекту Баркгаузена, що дозволяє досліджувати тільки поверхню зразка, магнітоакустична емісія несла інформацію про перебудову доменної структури з усього перемагнічуваного об'єму.

Практичне застосування

Найбільше застосування метода магнітоакустичної емісії знайшов в дефектоскопії[6]. На основі численних експериментів з'ясувалося, що явище магнітоакустичної емісії пов'язано з двома процесами: зміщення доменних меж та обертання векторів магнітних моментів[7]. При необоротних зсувах непарних доменних меж відбувається магнітострикційна деформація, яка також відбувається стрибкоподібно. У роботах[8] докладно вивчений зв'язок магнітоакустичної емісії з поведінкою магнітної доменної структури. Показано, що параметри МАЕ відображають процеси, пов'язані з перебудовою магнітних доменів, і мають високу чутливість до кристалографічної орієнтації матеріалу. Дослідження проводилися на монокристалах кобальту у вигляді дисків і на монокристалах кремнистого заліза у вигляді смужок. Характерно як для смужок, так і для дисків відсутність пропорційного зв'язку між величинами сигналів МАЕ і значеннями лінійних магнітострикцій, виміряних уздовж відповідних кристалографічних напрямків. В області малих полів, де перемагнічування здійснюється переважно зміщенням доменних меж, параметри МАЕ лінійно пов'язані з результуючою магнітострикцією, яке виражена сумою лінійних магнітострикцій різних кристалографічних напрямків або їх проєкцією на напрямок, паралельний або перпендикулярний магнітному полю, і відображають процеси, пов'язані з перебудовою непарних доменів у всьому об'ємі монокристалів. Зі збільшенням внеску процесів обертання лінійність між МАЕ і магнітострикціями порушується, що необхідно враховувати при аналізі магнітного стану феромагнетиків, що проводиться з використанням параметрів магнітоакустичної емісії.

Література

  1. ↑ Lo C.C.H., Scruby C.B. Study of magnetization processes and the generation of magnetoacoustic and Barkhausen emissions in ferritic/pearlitic steel.// J.Appl.Phys., 1999, v.85,№ 8,p.5193-5195.
  2. ↑ Кумейшин В. Ф., Лаптев В. В., Волков В. В., Черниховский М. Ю., Щербинин В. Е., Аппаратура для регистрации скачков Баркгаузена с помощью пьезодатчика// II всесоюзная школа-семинар «Эффект Баркгаузена и его использование в технике», г. Калинин, КГУ, 1980 г.с.147-153.
  3. ↑ Вонсовский С. В. Магнетизм, изд. «Наука», М. 1971 г., с.1032.
  4. ↑ Акулов. Н. С. Ферромагнетизм. М.-Л.,ГИТТЛ. 1939, с.212.
  5. ↑ Власов А. Я., Тропин Ю. Д., Скачки намагниченности и магнитострикции в никеле.// — Изв. АН СССР, сер.физ. 1961, т.25,№ 12, с.1514-1517.
  6. ↑ Кулеев В. Г., Щербинин В. Е., Жаков С. В., Субботин Ю. С., Меньшиков Н. М., Влияние физических различий между эффектом Баркгаузена и акустической эмиссией Баркгаузена на их применение в неразрушающем контроле. // Дефектоскопия, Свердловск, УрО РАН, № 9, 1986 г. стр. 3 — 17.
  7. ↑ Buttle D.J., Sakubories J.P., Briggs G.A. Magnetoacoustic and Barkhausen emission from domain wall interaction with precipitates in Jucoloy 904 // Philosophical Magazine, A, 1987, 55, 6; 735—756.
  8. ↑ Горкунов Э. С., Хамитов В. А.,Бартенев О. А., Магнитоупругая акустическая эмиссия в пластически деформированных ферромагнетиках //Дефектоскопия.№ 9, г. Екатеринбург, УрО РАН, 1988 г.,стр.10-16.