Magnetostriciunea este proprietatea materialelor feromagnetice de a-i schimba forma n prezena unui cmp magnetic exterior

Magnetostriciuneaeste proprietatea materialelorferomagneticede a-i schimba forma n prezena unuicmp magneticexterior. Efectul a fost pentru prima dat evideniat n 1842 de ctreJames Prescott Joulen timp ce cerceta comportamentul unei bucinichelatunci cnd era supus aciunii unui cmp magnetic.

Generaliti

Materialele magnetostrictive sunt utilizate pe scara larga n diverse domenii tehnologice. Aceste materiale pot fi utilizate ca senzori magnetomecanici, tranductori, linii de ntrziere, memorii magnetice,benzi de nregistrare etc. Istoria materialelor magnetostrictive este relativ veche si este paralela cu istoria materialelor magnetice deoarece majoritatea materialelor magnetice sunt si magnetostrictive (si modifica dimensiunile sub actiunea unui cmp magnetic exterior). n anul 1842 Joule descopera pentru prima data fenomenul de magnetostrictiune la nichel, iar n anul 1865 Villari descopera efectul magnetostrictiv invers.

Materiale magnetostrictive

Magnetostriciunea a fost observat pentru prima dat n 1842, de

ctre James Prescott Joule, care a remarcat c o bar de nichel i modific

lungimea atunci cnd este magnetizat. Ulterior, fenomenul a fost remarcat

i la alte elemente feromagnetice Fe i Co precum i la aliajele acestora.

Materialele magnetostrictive, care pot fi att cristaline ct i amorfe,

au proprietatea de a transforma energia magnetic n energie mecanic i

reciproc (dup cum materialele electrostrictive fceau acelai lucru cu

energia electric).

4.2.1 Efectul magnetostrictiv

Efectul magnetostrictiv direct reprezint alungirea sau contracia ce

nsoesc magnetizarea spontan a unui material magnetostrictiv [199]. n

Fig.4.7 s-au ilustrat schematic caracteristicile macro i microstructurale ale

efectului magnetostrictiv direct, liniar.

Efectul magnetostrictiv direct, (numit i efect Joule) ilustrat n

Fig.4.7, se caracterizeaz prin magnetostriciune pozitiv (nsoit de

alungire) dar exist i magnetostriciune negativ (nsoit de contracie).

Un fenomen suplimentar l reprezint efectul Wiedemann, ce const

din rsucirea unui material atunci cnd este aplicat un cmp magnetic

elicoidal.

Att efectul Joule ct i efectul Wiedemann au variante inverse.

Varianta reciproc a efectului Joule se numete efect Villari i poate fi

caracterizat prin magnetostriciune pozitiv sau negativ, dup cum direcia

cmpului magnetic generat ca urmare a reorientrii domeniilor magnetice

la aplicarea unei tensiuni mecanice externe este paralel sau respectiv

perpendicular pe axa tensiunii aplicate. Deci efectul Villari const din

producerea unui cmp magnetic la deformare [348].

Fenomenul invers efectului Wiedemann se numete efect Matteuci i

const din crearea unui cmp magnetic elicoidal ntr-un material

feromagnetic supus unei solicitri de torsiune.

S-a artat c materialele magnetostrictive transform energia

magnetic n energie mecanic i vice-versa. Posibilitatea de cuplare a celor

dou energii, definit drept capacitate de transducere, reprezint condiia

esenial de utilizare a materialelor magnetostrictive att ca actuatori ct i

ca senzori [349].

Materiale magnetostrictive cu memoria formei

O clas special de materiale, cu efecte magnetostrictive de cca. 25

de ori mai mari dect terfenolul, se obine prin combinarea efectului

magnetostrictiv cu efectul de memoria formei [353].

Aplicaiile materialelor magnetostrictive

Primele aplicaii ale materialelor magnetostrictive au fost

receptoarele telefonice, hidrofoanele de tip SONAR de joas frecven (sub

Fig.4.11

Variaia deformaiei de saturaie a AFMF Ni2MnGa austenitic, n funcie de

temperatur, pentru 2 direcii de magnetizare [354]291

2 Hz) utilizate pentru ecolocaie n cel de-al Doilea Rzboi Mondial,

oscilatoarele magnetostrictive i traductoarele de cuplu. Ulterior, materialele

magnetostrictive au fost utilizate att ca actuatori ct i ca senzori, pentru

controlul vibraiilor.

Actuatori magnetostrictivi

Aceste aplicaii, bazate pe efectele magnetostrictive directe Joule i

Wiedemann, sunt concepute dup principiul ilustrat n Fig. 4.12

La activarea bobinei (2), bara de terfenol (1) se dilat n general cu

L = (0,75-1) m/m. Un astfel de actuator, cu diametrul barei de terfenol de

12 mm, aria materialului activ de 113 mm

2

, lungimea activ de 140 mm,

volumul activ de 15826 mm3

, masa activ de 46,4 g, deformaia maxim de

110 m/m i fora maxim dezvoltat de 1,1 kN, cost 845 $. Randamentul

de transformare a energiei este de 67,1 % [355].

n principiu, bobina electromagnetic (2) este nfurat pe un tub n

care bara de terfenol este introdus forat (cu strngere). Dac prin bobin

trece un cmp electric alternativ, bara de terfenol va efectua o micare de

dilatare-comprimare care o va ajuta s se trie prin tub, ca un vierme. Se

obine astfel, un motor liniar peristaltic.

Astfel de motoare, produse de compania american ETREMA, au

fost utilizate de Departamentul American al Aprrii pentru a dezvolta aripi

inteligente, care-i pot modifica aria seciunii transversale, reducnd

pierderile aerodinamice i consumul de combustibil, n paralel cu

mbuntirea portanei i a manevrabilitii.

Printre aplicaiile civile ale actuatorilor magnetostrictivi se numr:

industria medical (distribuirea controlat a fluidelor) i industria de

automobile (panouri de protecie solar, sisteme de frnare, etc.) [356].

Fig.4.12

Schem de principiu a unui actuator magnetostrictiv: 1-bar de terfenol, 2-bobin

electromagnetic, 3-armtur magnetic inelar, 4-ntritor din oel [355]292

Cercetri recente au permis dezvoltarea unui actuator magnetostrictiv de a

treia generaie. Acesta este capabil s dezvolte att curse axiale ct i curse

radiale , fiind utilizat pentru controlul poziiei pe dou direcii n plan, la

prelucrarea de nalt precizie