论文部分内容阅读
基于巨磁阻抗效应(Giant Magnetoimpedance Effect,GMI)的磁敏传感器具有灵敏度高、快速响应、功耗低和体积小等突出优势,成为第三代磁敏传感器的典型代表之一。本文分析了电流调制处理对旋转蘸取Co基金属纤维组织结构、力学和磁学性能的影响规律,从拉伸力学特性、断裂可靠性分析、循环加载和柔性特征分析等方面综合评价了金属纤维的力学性能,并结合断口形貌建立了“组织结构-力学性能-断裂机理”关系模型,实现了GMI效应的调控与优化,揭示了磁弹各向异性、螺旋各向异性及二者耦合作用对GMI效应的影响机理,为应力扭转磁敏传感器的研发和工程应用提供理论基础。研究结果表明,Co基金属纤维具有典型非晶态结构,并展现出良好的非晶形成能力和热稳定性。制备态纤维具有良好的拉伸力学特性,其平均抗拉强度R(?)m约为3.7GPa。适当强度电流退火处理可改善金属纤维的力学性能,这与非晶基体中均匀分布的纳米团簇有效抑制裂纹的快速扩展有关。其中,90 m A电流退火态纤维具有较好的断裂可靠性,其断裂门槛值σμ达2.7 GPa。拉应力作用时,纤维断口呈50°左右斜断口,其断裂面存在大量脉络状花样和少量熔滴。扭转作用时,纤维断口出现螺旋形脉络状花样。应力-扭转作用时,纤维断口出现“应力扭转台阶”。总之,Co基金属纤维断裂过程为典型的微孔聚集型断裂,纳米孔洞为其裂纹萌生和扩展的起源。循环加载拉伸力学结果表明,随着循环次数增加,金属纤维的应力-应变曲线出现非线性滞后现象,其抗拉强度Rm略低于R(?)m,为3.1 GPa。同时,Co基金属纤维展现出良好的柔性特征,金属纤维在打结弯折处出现大量剪切带交割现象。Co基金属纤维在电流调制处理前后均呈现较好的软磁特性。随着退火电流强度升高其GMI性能指标值呈先增后减趋势,其中65 m A电流退火态纤维GMI效应较优,当f=5 MHz时,其最大阻抗变化率[ΔZ/Zmax]max和最大磁场响应灵敏度ξmax分别为273.99%和94.00%/Oe。适当强度退火电流产生的焦耳热可消除其内部残余应力,同时产生环向磁场调控环向磁畴分布,提高环向磁导率,进而改善GMI效应。应力扭转磁阻抗效应与磁弹各向异性、螺旋各向异性密切相关。拉应力作用时,磁弹各向异性增大金属纤维环向畴壁能,促使环向磁导率提高,改善GMI效应。当f=3 MHz时,在482 MPa最大拉应力作用时[ΔZ/Zmax]max达293.63%。扭转和应力-扭转作用时,螺旋各向异性导致环向畴壁能减小,感生轴向各向异性,环向磁导率降低。