Avaliação da magnetostricção em ligas Fe1-xMx (M = V, Sn) e caracterização de suas propriedades magnéticas e microestruturais

• Main Author: Santos, Claudio Teodoro dos
• Other Authors: Nunes, Cristina Bórmio
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2008
• Subjects: Fe-based alloys; Fe-Ga; Fe-Sn; Fe-V.; Ligas à base de Fe; Magnetização; Magnetization; Magnetostricção; Magnetostriction
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97135/tde-20082013-153558/

Materiais magnetostrictivos exibem deformação elástica na presença de um campo magnético aplicado e por isso são de grande interesse para aplicação em sensores e atuadores. Trabalhos publicados no ano 2000 mostraram que a adição de Ga e Al ao Fe resulta em ligas com elevada magnetostricção em campos baixos. A partir daí os esforços foram direcionados para a descoberta de novas ligas magnetostrictivas à base de Fe com propriedades similares às encontradas nas ligas Fe-Ga e Fe-Al. No presente trabalho foram adicionados o Sn e o V ao Fe com o objetivo de avaliar a magnetostricção e a microestrutura das ligas formadas. Para isso, foram produzidas por fusão a arco as ligas Fe-9%at.Sn, Fe-20%at.Sn e as ligas Fex% at.V para x = 20, 25 e 30. As ligas Fe-Sn foram submetidas a tratamentos térmicos em 550 e 750°C por 24 h e em 880°C por 6 h e depois resfriadas rapidamente para a retenção das fases (Fe?,Sn), FeSn, Fe3Sn2 e Fe5Sn3. Já as ligas Fe-V foram tratadas em 1100°C por 6 h para homogeneização da fase única (Fe?,V). A caracterização microestrutural e análise quantitativa das fases foram feitas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, microanálise por energia dispersiva (EDS) e difratometria de raios X. Também foi medida a microdureza Vickers das amostras. A magnetostricção foi medida por dilatometria de capacitância usando um dilatômetro de placa inclinada inserido no equipamento Maglab da Oxford Instruments, em campos na faixa de -1,5 a 1,5 T e temperaturas próximas de 203 K. A magnetização de saturação das amostras foi obtida em 77, 203 e 300 K utilizando o PPMS 6000 da Quantum Design. A magnetostricção de saturação (?S) das amostras da liga Fe-9Sn foi negativa e o comportamento das curvas similar ao do Fe puro. As amostras da liga Fe- 20Sn apresentaram ?S positiva devido à presença das fases ferromagnéticas Fe3Sn2 e Fe5Sn3. A ?S das ligas Fe-V foi positiva e maior em módulo do que a das ligas Fe-Sn. Concluiu-se que a substituição do Fe por Sn e V de modo geral melhorou a magnetostricção do Fe, porém a melhora não foi tão relevante quanto a observada pela substituição por Ga. === Magnetostrictive materials exhibit elastic strain in the presence of an applied magnetic field and therefore are of great interest for use in sensors and actuators. Works published in 2000 showed that the addition of Ga and Al in Fe results in alloys with high magnetostriction at low fields. Since then efforts have been directed to the discovery of new magnetostrictive Fe based alloys with similar properties to those found in Fe-Ga and Fe-Al alloys. In the present work Sn and V were added to Fe with the purpose of evaluating the magnetostriction and microstructure of these alloys. Therefore, Fe-9at.%Sn, Fe-20at.%Sn alloys and Fexat.% V alloys for x = 20, 25 and 30 were produced by arc melting. The Fe-Sn alloys were heat-treated at the temperatures of 550 and 750°C for 24 h and 880°C for 6 h and then rapidly cooled to the retention of the (?Fe,Sn), FeSn, Fe3Sn2 and Fe5Sn3 phases. Fe-V alloys were heat-treated at the temperature of 1100°C for 6 h to homogenize the (?Fe,Sn) single phase. Microstructural characterization and quantitative analysis of the phases were made by optical and scanning electron microscopy, microanalysis by energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray powder diffraction. The Vickers microhardness of the samples was also measured. The magnetostriction was measured by capacitance dilatometry using a tilted plate dilatometer inserted into the Maglab platform by Oxford Instruments, using applied field in the range from -1.5 to 1.5 T and at temperatures close to 203 K. The samples saturation magnetization was obtained at 77, 203 and 300 K using the Quantum Design PPMS 6000. The saturation magnetostriction (?S) of the Fe-9Sn alloy samples was negative and the ?S vs. H curves behavior are similar to the pure Fe. Fe-20Sn alloy samples had positive ?S due to the presence of Fe3Sn2 and Fe5Sn3 ferromagnetic phases. The Fe-V alloys ?S was positive and larger in module than the Fe-Sn alloys ?S. We concluded that the substitution of Fe by Sn and V in a general way improved the magnetostriction of Fe, but the improvement was not as significant as observed with the substitution by Ga.