热开关和多脉冲励磁的类比特高温超导模型磁体的捕获磁通及电磁特性研究

高温超导磁体因其体积小、高实用性、高场强等优点,在科学研究等领域具有广泛的应用。然而,高温超导带材之间焊接技术的不成熟,很难实现持续电流模式。该文提出一种利用RE-Ba-Cu-O(RE为稀土元素,REBCO)超导片堆叠组成的类比特高温超导模型磁体,该模型磁体不但没有焊接电阻的影响,而且实现持续电流模式。该文说明单片REBCO超导片和由超导片堆叠而成的类比特高温超导模型磁体的结构细节,介绍采用热开关和多脉冲励磁的方法,说明通过COMSOL模拟利用热开关和多脉冲电源对超导片以及类比特高温超导模型磁体进行励磁的过程,证明其能够实现持续电流模式,并对其在持续模式下运行的捕获磁通和电磁特性进行仿真分析以及实验验证。结果表明,热开关和多脉冲励磁的方法可以激励类比特高温超导模型磁体。与传统高温超导磁体相比,由多个超导片堆叠而成的高温超导模型磁体可在无电流引线的情况下实现闭环运行,避免无阻焊接的技术瓶颈。

地磁场中应力对磁畴组织结构影响的试验研究

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理,选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察,研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利用高精度弱磁检测装置获取其试件表面的漏磁信号规律。试验结果表明:随外载荷的改变,被观察部位的磁畴类型、畴壁形态有显著性变化,且不同区域的磁畴转变快慢不同但变化趋势相近;同时,随外载荷的增大,试件表面漏磁信号增大。验证了地磁场中铁磁材料的磁畴结构受应力作用发生磁畴移动与转向,并且在应力撤出后这种改变得以保留的规律。为铁磁材料磁记忆检测微观机理的进一步探索研究提供可靠、有效的试验依据。

应力对铁磁构件磁畴组织的影响

地磁场环境中受载荷作用的铁磁试件,其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向。利用Bitter粉纹法观察了未经磁化、受力程度不同的无取向硅钢片和20号钢试件的磁畴结构,对比分析了应力对磁畴的影响。结果表明:无取向硅钢片和20号钢试件在未受力或应力集中较小时,晶粒内磁畴以180°畴、树枝状畴和剑状畴为主,同一晶粒内畴壁相互平行;随着应力集中程度增加,畴壁长度和间距发生改变,出现了迷阵畴Ⅰ型和迷阵畴Ⅱ型,且应力集中程度越大,迷阵畴的数量越多。

地磁场中应力对磁畴组织的影响

研究了地磁场环境中应力对铁磁性材料磁畴结构的影响规律。利用Bitter粉纹法观察了未经磁化、受力程度不同的无取向硅钢片和20钢试件的磁畴结构,对比分析了应力对磁畴的影响。结果表明,铁磁试件应力集中部位的磁畴结构在应力作用下发生改变。未受力或应力集中较小时,晶粒内磁畴以片状畴为主,同一晶粒内畴壁相互平行,随着应力集中程度增加,畴壁长度和间距发生改变,并且磁畴结构出现迷宫畴,应力集中程度越大,迷宫畴数量越多。同时,拉应力和压应力对磁畴结构的影响规律不同。

静载荷下硅钢片的磁畴结构变化

利用Bitter粉纹法观察了未经磁化、受力程度不同的无取向硅钢片试件的磁畴结构,对比分析了应力对磁畴及磁场值△B的影响。结果表明:无取向硅钢试件在未受力或应力集中较小时,晶粒内磁畴以180°剑状畴为主,同一晶粒内畴壁相互平行;随着应力集中程度增加,畴壁长度和间距发生改变,出现了迷宫畴,并且随着应力集中程度越大,迷宫畴的数量越多,表面磁场值△B越大。试验为探讨磁记忆检测的微观机理提供了依据。

16MnR钢不同疲劳周次下“原位”磁畴组织的变化

基于金属磁记忆无损检测机理,铁磁性材料构件应力集中部位会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向。设计"原位"疲劳试验并且采用Bitter粉纹法对退火16MnR钢进行磁畴结构的观察,对比分析了不同疲劳周次对磁畴的影响。结果表明:整个研究区域以180°畴结构为主,同时具有树枝畴和少量的"回"型畴;随着疲劳周次的变化,所选特征晶粒内畴壁易发生约45°或90°翻转,导致畴结构在片状畴-树枝畴-"回"型畴之间变化。

碳素结构钢拉伸时应力对磁畴组织的影响

利用Bitter粉纹法观察了去应力退火态Q235钢的磁畴形貌。分析了单轴拉伸过程中不同应变量下磁畴的变化规律。结合带背散射电子衍射(EBSD)分析系统的扫描电镜计算出了磁畴取向与拉伸应力方向之间的夹角,并分析了该角度随着应变量的变化特点。得出在应变达到一定程度后,磁畴和应力夹角稳定在45°左右,证实磁畴取向实现了定向分布。经分析讨论得出磁畴取向是由应力能和磁晶各向异性能的相对高低决定的。

Nd_2Fe_(14)B晶粒取向程度对磁畴运动及磁性的影响规律

本文采用Ｂｉｔｅｒ粉纹法研究并讨论了Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ晶粒取向程度对磁化、反磁化过程中磁畴运动及对磁体磁性的影响。研究结果表明，磁中性状态的Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ晶粒的磁畴畴壁与磁体成型磁场方向的夹角α越大，则在充磁过程中越难以变成单畴，在退磁过程中越容易形成反磁化畴。磁体中α≠０°的晶粒较多时，会使磁体的Ｍ－Ｈ曲线方形度降低，剩余磁化强度、磁能积减小。

基于残余应力检测与磁畴观察的2%Si无取向硅钢冲裁冲片的最佳退火温度

观察了经冲裁后2%Si硅钢片边缘的残余应力与磁畴在不同退火温度下的变化情况。使用纳米压痕法测量了其冲裁边缘微区的残余应力变化情况,使用粉纹法观察了硅钢的边缘磁畴。结果表明:随着退火温度升高(675~775℃),实验硅钢的残余应力迅速减小,当退火温度从775℃增加到800℃时,残余应力有所增加,继续升高退火温度(800~925℃),残余应力逐渐减小;由于再结晶过程,实验硅钢的边缘平均晶粒尺寸在退火温度为725~775℃时减小;由磁畴观察发现,当退火温度为775℃左右时,实验硅钢的磁畴主要为180°畴,且畴距均匀,由磁畴理论可知此时此区域磁性能更佳;从残余应力水平看,750~775℃为实验硅钢合适的退火温度;从磁畴结构观察也可以发现,退火温度为775℃左右时实验硅钢冲裁边缘的磁性能恢复效果佳。

稳态强磁场实验装置水冷磁体运行水质变化探究

通过研究磁体静置及大流量循环时的电阻率变化,发现经大流量循环的磁体水质下降速率远大于静置时的磁体。分析循环管路上过滤器滤网上的粉末成分,探究了电阻率下降的原因。经测定,粉末主要成分为铜和银,而磁体比特片采用铜银合金表面镀银工艺,大流量循环会对磁体造成剥蚀。实验证明提纯比例达到6%的提纯系统可迅速提升循环水水质,且可有效确保电阻率在高场实验中保持15 MΩ·cm以上。

表面缺陷对取向硅钢磁畴形态的影响

取向硅钢的磁畴形态与其损耗密切相关,研究其内部的磁畴结构对于理解铁损的产生具有重要意义。利用粉纹法观察了带有涂层、激光刻痕处理以及存在表面缺陷的硅钢片磁畴。结果表明,施加较小的垂直磁场更容易观察硅钢的原始磁畴形态,有利于显示清晰的磁畴图像和晶界;如果硅钢片表面存在冲裁小孔,原有的180°畴在小孔附近会变为迷宫畴,且附加应力和退磁场作用会使小孔周围磁畴细化,使用微磁学模拟的方法定性验证了这一变化;如果硅钢表面存在划痕,划痕两端的180°畴会变为迷宫畴,随着划痕方向的不同,磁畴形态也不同。最后,比较了圆盘剪裁切与线切割后硅钢片边缘的磁畴形态,讨论了其磁畴形态不同的原因。

高温超导比特磁体最优电流分布研究

研究了高温超导比特磁体最优电流分布的求解方法。在4.2 K下对高温超导比特磁体电流分布与载流能力的利用率进行了数值研究,采用有限元建模对粒子群(PSO)算法求解的最优电流分布进行分析。结果表明,高温超导比特磁体采用最优电流分布时,提高了磁体载流能力利用率,提高了磁体储能密度。