Fe-Ni软磁合金质子辐照效应研究

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1、航天器环境T程第29拳第3期312SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2012年6月Fe．Ni软磁合金质子辐照效应研究姜利祥1一，易忠1r，甄良1,3，孟立飞1,2邵文拄3杨丽3，刘宇明2(1．可靠性与环境工程技术重点实验窒，北京100094；2．北京卫星环境工程研究所，北京1000943．哈尔滨工业大学材料学院，哈尔滨150001)摘要：采用质子加速器对Fe—Ni软磁合金进行8MeV质子辐照，研究其磁性能及组织结构与缺陷变化情况。研究结果表明，随质子辐照吸收剂量的增加，Fe

2、．Nl合金的矫顽力增大，磁导率下降，饱和磁感应强度未受影响。x射线衍射(XRD)结果表明辐照未引起相结构的变化，但使晶格发生了畸变。王电子湮没分析表明，辐照导致了空位等材料缺陷。关键词：Fe—Ni软磁合金：质子辐照；材料缺陷；试验研究中图分类号：0483：V4165文献标识码：A文章编号：1673—1379(2012)03—0312-03DoI：10．3969／jissn1673—1379．2012．03．015O引言Fe—Ni合金是一种应用十分广泛的软磁合金，具有高磁导率、低矫顽力等特性，目前已用作小

3、卫星磁力矩器的棒体材料。卫星磁力矩器暴露于空间辐照环境下，其辐照稳定性直接关系到卫星的正常运行，因此开展磁力矩器棒体材料辐照稳定性研究具有重要的意义。国外的研究者开展过软磁材料的辐照效应研究，结果表明软磁合金经辐照后磁性能会产生较大变化I33；而国内在此方面的研究较少，尤其是对软磁材料磁稳定性机理问题的研究还不够透彻[4-6J。本文主要根据空问带电粒了环境，采用地面模拟技术利用质子加速器对有关材料进行质子辐照，得到材料在质子辐照下的损伤规律；同时从组织结构及缺陷的角度对其辐照稳定性进行研究，为改善和提高

4、材料辐照稳定性提供理论基础。1试验方案试验材料的化学成分为53．6％的Fe和45．3％的Ni，其余为Mn、Cr、Si等合金元素。辐照试样为4n,]／1]x4H】m的薄片。辐照前用金相制样的方法对辐照表面进行处理，得到光洁表面。利用SRIM软件计算材料中质子的剂量一深度分布，以此确定辐照试样的厚度。本文中试样的厚度为0．2mm，与质子在试验材料中的贯穿深度一致。采用2x6MVEN型串列静电加速器进行质子辐照．辐照能量为8MeV，束流强度为30nA，束流密度为1．9x1011p／(cm2．s1。磁性能测量采

5、用LakeShore7410型振动样品磁强计(VSM)。材料物相分析采用RigakuRotaflexD／max—rB型x射线衍射仪。正电子湮没分析采用快一慢符合的正电子湮没寿命谱仪，正电子源是以Kapton薄膜为衬底的无载体22Na源，活度约为0．5x106Bq。2试验结果及讨论2．1磁性能变化图1、图2给出Fe．Ni合金在8MeV质子辐照前后矫顽力和饱和磁感应强度随质子吸收剂量变化的规律。图3为起始磁化曲线斜率随质子吸收剂量变化的规律，用来表示Fe—Ni合金磁导率的变化。由图l可以看出，Fe．Ni合金

6、的矫顽力随吸收剂量增加而增大，当吸收剂量为750Mrad时，矫顽力的增加量为39．2％。从图2可以看出，辐照对Fe—Ni合会饱和磁感应强度的影响不大。从图3可以看出，Fe—Ni合金的磁导率随吸收剂量增加而下降。收稿日期：2011．09—22；修回日期；2012—03—20基金项目：“十一五”国家级预先研究项目“长寿命卫星空间磁性效应试验评价技术研究”支持作者简介：姜利祥(1971一)，男，博士学位，研究员，主要从事空间环境效应及可靠性技术研究工作。E—majlx8972@163．COrn。第3期姜利祥等

7、：Fe—Ni软磁合金质子辐照效应研究313吸收剂量哪’I图l8MeV质子辐照对Fe-Ni合金矫顽力的影响Fig．1CoercivitycurveforFe-Nialloyunder8MeVprotonirradiation吸收剂ltIMr．d图28MeV质子辐照对Fe．Ni合金饱和磁感应强度的影响Fig．2Saturationmagneticinductionc1．1rveforFe-Nialloyunder8MeVprotonirradiation唆较讯t，hIr砌图38MeV质子辐照对Fe．Ni合金

8、磁导率的影响Fig．3PermeabilitycurveforFe—Nialloyunder8MeVprotonirradiation软磁合金的饱和磁感应强度是结构不敏感参数，只与材料成分有关，因而辐照产生的缺陷等结构变化对它影响不大，而软磁合金的矫顽力和磁导率是结构敏感参数，受到内应力、饱和磁感应强度以及磁弹性等因素的影响。Goldman曾提出矫顽力风、磁导率∥与各影响因素间满足如下关系：H：只盟；(1)o。M。“；l+一KM2。(2)丑