FE系统

FE系统（共8篇）

FE系统 篇1

一、检修时的注意事项

靠近电动冷却风扇或散热器时, 确保点火开关置于OFF位置。如果点火开关处于ON位时, 发动机冷却液的温度高或水温传感器有故障时, 即使发动机不起动风扇也可能自动开始运转。在发动机和散热器还没有冷却下来时, 不要拆卸散热器补偿水箱盖, 可能有热蒸汽释放出来导致烫伤。接触热车的水管时应戴保护手套, 远离散热器风扇。不要用水代替发动机冷却液, 只能使用丰田超长效冷却液 (SLLC) 。

二、车上检查冷却风扇ECU

1. 冷却风扇的原理

ECM根据发动机冷却液温度、空调开关情况、制冷剂压力、发动机转速、车速等信号计算出适当的冷却风扇转速, 并将信号传至冷却风扇ECU, 调整冷却风扇。冷却风扇ECU根据ECM发送的占空比信号控制冷却风扇的转速, 见图1。

2. 检查冷却风扇系统

(1) 检查冷却风扇系统条件的前提条件是:点火开关置于OFF位置, 冷却液温度低于95℃, 蓄电池电压介于11～14V之间, 空调开关关闭。

(2) 将电流表的400A探针夹紧到冷却风扇电动机的M+线上, 将点火开关置于ON位置, 等候约10s检查并确认风扇不工作。起动发动机, 检查并确认发动机怠速时风扇停止。检查并确认当空调开关打开时风扇工作。电流表指示电流应在2～10.9A。检查并确认当水温传感器连接器断开时风扇工作。发动机暖机后, 当水温达到97℃时风扇开始工作。本系统也可以用智能检测仪进行检查。

三、使用智能检测仪进行主动测试

1. 将智能检测仪连接到DLC3上。

2. 将点火开关处于ON位置。

3.选择以下菜单项:Powertrain/Engine and ECT/Active Test/Control the Cooling Fan。

使用智能检测仪检查其工作情况。如果冷却风扇工作, 应更换ECM, 如果冷却风扇不工作, 要进行以下检查。

四、ECM和冷却风扇ECU的检查

1. 电阻的检查

断开冷却风扇ECU插接器和ECM插接器, 检查A50 (至ECM侧) 端子43和A41 (至冷却风扇ECU侧) 端子2的电阻始终小于1Ω, 检查A41端子3与车身搭铁的电阻始终小于1Ω。

2. 电压的检查

断开冷却风扇ECU插接器, 将点火开关处于ON位, 检查A41端子1与端子3之间的电压是9～14V, 如果异常, 应更换冷却风扇ECU。

3. 冷却风扇电机工作情况的检查

断开冷却风扇ECU插接器, 连接风扇电机插接器, 将蓄电池正极端子连接至冷却风扇连接器端子2, 并且将蓄电池负极端子连接至冷却风扇连接器端子1, 如果冷却风扇工作, 可以确定是冷却风扇电机有故障。

五、FAN No.1继电器的检查

FAN No.1继电器从发动机继电器盒上拆下。测量端子3与端子5之间的电阻, 正常应是10kΩ或更大。在端子1和端子2之间施加蓄电池的电压, 蓄电池负极端子连接至继电器端子1, 蓄电池正极端子连接继电器端子2上, 测量端子3与端子5之间的电阻应是小于1Ω, 否则FANNo.1继电器有故障, 应更换。

六、熔断丝的检查

将ECU-IG No.1熔断丝从仪表板接线盒上拆下, 测量保险丝两端子之间的电阻应始终小于1Ω, 否则应更换熔断丝。

七、节温器的检查

如果经过以上检查, 没有查到任何故障, 冷却系散热还是不好, 应对节温器进行检查。检查前应排净发动机冷却液才能拆卸节温器。

1.将从车上拆卸下的节温器浸入水中加热, 检查节温器阀开启温度, 阀门开启温度应为80～84℃, 如果阀门开启温度不符合规定, 则应更换节温器。

2.检查阀门升程, 在95℃时节温器阀门升程为10mm或更大, 如果升程不符合规定, 则更换节温器。

3.当节温器处于77℃时, 检查并确认阀门全关。阀门没有全关应更换节温器。安装节温器, 将新衬垫安装在性能好的节温器上, 将节温器安装到进水口上。

八、添加发动机冷却液

拆卸散热器补偿水箱盖, 将冷却液加至补偿水箱B刻度线, 用手按压散热器进水软管和出水软管数次, 检查冷却液液位。安装补偿水箱盖, 发动机进行暖机, 排空冷却系统内的空气。按压散热器进水管可以确认节温器的开启时刻。发动机暖机后, 按照以下周期运行发动机7min:以3000r/min的转速运转5s, 怠速运转45s。 (按此周期重复操作至少8次) 用手按压散热器进水软管和出水软管数次排空系统内的空气。发动机冷却后, 检查并确认冷却液液位在FULL和LOW刻度线之间。如果冷却液液位低, 则添加冷却液至FULL线。最后检查冷却液是否泄漏。

FE系统 篇2

关键词：PLC,废水处理,控制系统

1 引言

洗衣液/柔顺剂 (HDL/FE) 在生产过程中会产生大量高浓度废水, 废水的直接排放将对环境产生特别严重的污染, 所以设计符合HDL/FE废水处理工艺流程的控制系统显得尤为重要。废水处理工艺复杂, 操作要求十分严格, 实现起来难度大。若采用手工操作, 则存在操作繁琐、劳动强度大、处理效果差等缺点。研制一套废水处理的自控系统, 对于提高废水处理质量、效率, 降低治污成本, 推进废水的再利用, 企业的后续发展以及废水处理设备和系统工程自动化水平的提升至关重要。目前我国废水处理厂主流技术是采用IPC+PLC的分层分布式控制形式。本文介绍了一套由ROCKWELL公司CompactLogix系列PLC、工控机和组态软件InTouch实现的HDL/FE废水处理的监控系统。*

2 HDL/FE废水处理控制系统设计要求

2.1 废水处理工艺流程

图1所示为废水处理工艺流程, HDL/FE废水经过调节池进行酸化处理, 达到预定指标后通过调节池提升泵将水打入Fe-C池, 发生一系列氧化还原反应。Fe-C池出口处进行采样检验, 不达标的通过循环泵抽到Fe-C池进行循环处理, 达标部分进入中间池。废水在中间池进行碱化处理后通过中间池提升泵抽入混凝池。废水经过混凝池的一系列处理后, 一部分以污泥的形式排到污泥处理系统, 另外一部分进入MBR池, 经过生物膜组件后达标排放。

2.2 控制系统设计要求

所有设备控制方式分为三种:远程控制、就地控制、自动控制。 (1) 就地控制:手动启 (低液位不能启动) 、手动停; (2) 远程控制:手动启 (低液位不能启动) 、手动停。 (3) 自动控制, 具体要求如下:

事故池单元:用于紧急情况储存废水, 事故池提升泵受事故池液位计控制, 高开、低停, 低液位时不能启动。

调节池单元:调节池提升泵受调节池液位计控制, 高开、低停, 低液位时不能启动, 液位超高、超低时报警。且泵同时受Fe-C池液位计控制, 高液位停泵。

调节池搅拌机受时间控制, 工作10min, 停止10min, 低液位不能启动。

加酸泵A受调节池在线pH计控制, pH>2～4时开泵;pH=2～4时停泵。

Fe-C池单元:Fe-C池循环泵受Fe-C池液位计控制, 高液位时开泵, 低于高液位时停泵 (低于高液位时泵不能启动) 。

加酸泵B受Fe-C池在线pH计控制, pH>1.5～2.5时开泵;pH=1.5～2.5时停泵。

中间池单元:中间池提升泵受中间池液位计控制, 高开、低停, 低液位时不能启动, 液位超高、超低时报警。

中间池搅拌机受时间控制, 工作10min, 间歇10min (周期可调) , 低液位自动停泵;

加碱泵受在线pH计控制, pH<10～12时开泵;pH=10～12时停泵。

混凝池单元:混凝池搅拌机受时间控制, 工作10min, 间歇10min (周期可调) , 同时受混凝池液位计控制, 低液位自动停泵;

营养盐投加泵与中间池提升泵连锁, 中间池提升泵开, 此泵开;中间池提升泵停, 此泵停。

加酸泵C受混凝池在线pH计控制, pH>7～8时开泵;pH=7～8时停泵。

MBR池单元:污泥回流泵受时间控制, 工作10min, 间歇10min (周期可调) , 同时受MBR池液位计控制, 低液位停泵且不能启动。

膜吸泵受MBR池液位计控制, 高开、低停, 同时与鼓风机连锁, 另外还受时间控制, 工作10min, 间歇10min (周期可调) 。

3 控制系统硬件组态及总体设计

3.1 PLC模块选型

PLC控制模块的选型是系统的关键, 本系统采用AB公司的CompactLogix-1769系列模块, 支持以太网 (Ethernet/IP) 、控制网 (ControlNet) 、设备网 (DeviceNet) 三种网络, 具体配置如图2所示。系统包括数字量输入模块1769-IQ 32、完成泵、搅拌机、电动阀门等的运行状态信息的采集;数字量输出模块1769-OB 32、完成泵、搅拌机、阀门的启停控制。模拟量输入模块1769-IF8 (软件配置输入信号为4～20mA) , 负责采集废水处理过程流量、液位、pH值等参数。DeviceNet网络模块1769-SDN, 控制变频器启停、电机转速。电源模块采用1769-PB 4 (交流220V供电, 容量大) 和1769-PA 2 (直流24V供电, 容量小) 。

3.2 参数检测仪表

由于HDL/FE废水中含有大量的泡沫, 为了避免泡沫带来的虚假液位, 各个废水池液位计选择压力液位计。对于具有高浓度、高腐蚀性的液体选用超声波液位计测其液位。本系统选用E+H公司的检测仪表, 具体选型如表1所示。

3.3 控制系统总体设计方案

本控制系统采用分布式控制方式, 即中央控制室工控机+PLC+现场仪表设备的方式, 如图3所示。主要特点是“集中管理, 分散控制”。上位工控机通过以太网Ethernet与PLC进行通信。PLC与现场仪表设备的通信分两种: (1) 硬接线的方式, 即仪表设备与PLC柜体中的继电器或端子通过导线连接; (2) DeviceNet网络通信方式, 即通过网络将底层设备变频器直接连接到控制器上, 指令数据直接通过网络来传输。DeviceNet网络设备接口有两条信号线、电源线、地线和一条裸线, 即设备之间通过5芯屏蔽电缆逐一连接, 首末端设备两信号线之间加两个121Ψ的终端电阻。

4 控制系统软件设计

4.1 下位机PLC软件设计

PLC程序采用AB公司配套软件RSLogix5000编写的梯形图, 如图4所示。实现系统控制的三种方式:就地手动控制、PLC全自动控制、远程手动控制。程序设计采用模块化设计的思想, 由主程序调用各个子程序模块。子程序模块分为:

设备控制子程序:所有设备自动请求、状态禁止字、远程信号、上位人机界面信号等。

数字量输入匹配子程序:检测所有设备手/自动、故障、运行状态、断能开关状态等信号。

数字量输出匹配子程序:控制设备启停信号、低液位不能启动信号、阀门开/关等。

模拟量检测子程序:检测温度计、液位计、pH计、压力表等仪表的在线实时数值。

网络输入模块子程序:变频器输入参数映射 (读取变频器状态字) 。

网络输出模块子程序:变频器输出参数映射 (输出变频器控制字及数据字) 。

自动控制子程序:实现搅拌机、鼓风机连锁电气条件等。

4.2 上位机人机界面设计

上位机人机界面采用Wonderware公司Intouch9.5组态软件编写, 它提供灵活可扩展的图形化用户界面。InTouch主要特点是:最大限度的开放性。支持DDE、OPC等, windows下运行的软件都可以通过InTouch进行通信。同时InTouch还提供了广泛的通信协议转换接口, 能方便地连接到各种设备。另外, 提供强大的数据库功能、绘图功能和丰富的图形库。

人机界面包括用户登录界面、控制系统工艺流程画面、仪表参数检测画面、设备状态信息画面、设备操作栏、历史数据及报警画面、故障显示等。

4.3 上位机人机界面与PLC的通信

本系统中安装有组态软件Intouch9.5的上位机与下位机PLC之间采用以太网DASABCIP链接的方式进行通信。DASABCIP方式是InTouch与AB以太网链接通讯用驱动程序。使用DASABCIP链接不需要通过RSLINX。具体步骤如下:

(1) 运行SMC (System ManagementConsole) , 选中并展开DAServerManager/DefaultGroup/Local, 然后再展开ArchestrA.DASABCIP.3, 选中Configuration, 修改参数;

(2) 右击Configuration, 选择AddPORT CIPObject, 使用缺省设置;

(3) 右击New PORT CIP 000, 选取AddENB CLX Object, 建立一个新的连接。HostName为PLC的CPU的IP地址, 比如“192.168.1.100” (此IP必须统一于PLC的CPU的IP地址) ;

(4) 右击New ENB CLX 000, 选取AddBACK-PLANE CLX Object。右击New BACKPLANE CLX000, 选取AddLOGIX 5000 CLX Object;

(5) 选取DeviceGroups标签。在任意的空白位置点击右键, 选取add, 即可建立一个新主题名 (必须与Windmaker中Tagname中所定义变量Access Name保持一致) , 比如“qq”;

(6) 运行Windmaker, 添加AccessName (访问名) , 比如“qq” (此设置跟SMC (System Management Console) 中设置的DeviceGroups中的主题名保持一致) ;将Tagname中定义的变量设置成I/O类型 (整型、实型、离散型) ;Item (项目) 标签使用下位机程序中的变量。

通过以上设置, 上位机组态软件就可以与PLC建立通信。

5 总结

本文首先通过对HDL/FE废水处理的工艺流程进行研究, 然后成功地完成了HDL/FE废水处理控制系统的设计。该系统采用上位工控机+PLC+现场仪表设备的分布式控制方式, 具有安全、可靠、可扩展、便于维护的特点。实现废水处理过程的自动控制, 保证了废水处理的稳定性, 提高了废水处理的效率、质量。该系统已投入使用, 日处理废水500m 3, 处理后的废水达到了排放到指定二级污水处理厂的指标。

参考文献

[1]REHG J A, SARTORI G J.可编程逻辑控制器[M].薛文轩, 李磊, 译.北京:电子工业出版社, 2008.

[2]马正午, 周德兴.过程可视化组态软件InTouch应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[3]CompactLogix选型指南[K].Rockwell Automation, 2009.

[4]Logix5000控制器指令集参考手册[K].Rockwell Automa-tion, 2003.

FE系统 篇3

Fe-Al-N薄膜的制备和磁性能

用双离子束溅射法在(100)硅片和NaCl单晶基片上制备出FeAlN薄膜,研究了主源气氛和基片温度对FeAlN薄膜的.结构及磁性能的影响.在基片温度较高或主源中氮的含量较低时,FeAlN薄膜有较高的饱和磁化强度Ms.加入Al使薄膜的晶粒细化,也使其矫顽力下降,热稳定性提高.在500℃退火后,Al的原子分数为10.0%的FeAlN薄膜仍具有较好的软磁性能,饱和磁化强度Ms和矫顽力He分别为2.02 T和0.96 kA/m.

作 者：诸葛兰剑 吴雪梅 姚伟国  作者单位：苏州大学 刊 名：材料研究学报  ISTIC EI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH 年，卷(期)： 17(2) 分类号：O484 关键词：金属材料   磁性能   离子束溅射   FeAlN薄膜   热稳定性  

FE系统 篇4

ECM向进气凸轮轴正时机油控制阀总成和排气凸轮轴正时机油控制阀总成传送了一个目标控制信号, 此控制信号用来调节提供给VVT控制器的机油压力。凸轮轴正时控制是根据发动机工作状态来执行的, 如节气门位置、进气量、发动机转速和冷却液温度等。ECM根据节气门位置传感器、发动机转速传感器、空气流量传感器、凸轮轴位置传感器、冷却液温度传感器、车速传感器等多个传感器的信号控制进气凸轮轴正时机油控制阀总成和排气凸轮轴正时机油控制阀总成。

VVT控制器使用通过进气和排气凸轮轴正时机油控制阀总成的油压, 调节进气和排气凸轮轴的转角来改变凸轮轴与曲轴之间的相对位置, 从而使各种行驶条件下都有最佳的配气相位, 使发动机转矩增加, 经济性得到改善, 废气排放量减少, 污染得到有效控制。

卡罗拉2ZR-FE发动机可变配气正时系统的的检测包括进气可变配气正时 (VVT) 系统检测、排气可变配气正时 (VVT) 系统检测和配气正时的检查与调整。

首先使用智能检测仪对发动机可变配气正时系统进行故障检测, 检查前发动机应满足以下条件:蓄电池的电压应达到12V或更高些, 节气门全关, 变速器位于空挡位置, 空调关闭。将点火开关位于OFF位置, 将智能检测仪连接到DLC3上, 将点火开关位于ON位置, 接通智能检测仪。选择以下菜单项:Utility/Check Mode, 将ECM从正常模式转换到检查模式。起动发动机, 用检测仪检查DTC代码。如果DTC代码为P0010、P0011、P0012, 应是进气可变配气正时 (VVT) 系统有故障。如果DTC代码为P0013、P0014、P0015, 应是排气可变配气正时 (VVT) 系统有故障。如果DTC代码为P0016、P0017, 可能是曲轴和凸轮轴相对位置 (配气正时) 不正确。

一、进气可变配气正时 (VVT) 系统检修

1. 使用智能检测仪进行主动测试

(1) 将智能检测仪连接到DLC3上。

(2) 起动发动机, 并打开检测仪。

(3) 选择以下菜单项:Powertrain/Engine and ECT/Active Test/Control the VVT System (Bank1) 。

(4) 操作机油控制阀时, 发动机冷却液温度应低于50℃, 打开空调, 并检查发动机转速。正常情况是机油控制阀关闭时, 发动机怠速转速正常;机油控制阀打开时发动机怠速不稳或失速, 特别是机油控制阀从关闭到打开瞬间立刻出现。如果出现的现象与上述不符, 应进行下一步检查。

2. 检查进气凸轮轴正时机油控制阀总成

(1) 电阻值的检查

拆下进气凸轮轴正时机油控制阀总成插接器, 用数字万用表测量1号端子与2号端子之间的电阻, 在20℃, 电阻值应为6.9～7.9Ω。

(2) 工作情况的检查

拆下进气凸轮轴正时机油控制阀总成, 将蓄电池正极电压施加到1号端子上, 负电压施加到2号端子上, 观看阀的工作情况, 阀应迅速移动。以上两项的检查有一项达不到标准, 都应更换进气凸轮轴正时机油控制阀总成。

3. 检查线束和插接器

(1) 拆下进气凸轮轴正时机油控制阀总成插接器。

(2) 拆下ECM插接器。

(3) 检查B23-1端子和B31-100端子之间的电阻应始终小于1Ω;检查B23-2端子和B31-123端子之间的电阻应始终小于1Ω。检查B23-1端子或B31-100端子与车身搭铁的电阻应始终小于10kΩ或更大;检查B23-2端子或B31-123端子与车身搭铁的电阻应始终小于10kΩ或更大。

(4) 若检查结果符合上述标准, 应重新连接进气凸轮轴正时机油控制阀总成插接器和ECM插接器。否则应更换线束或ECM。

二、排气可变配气正时 (VVT) 系统检修

1. 首先使用智能检测仪进行主动测试

(1) 将智能检测仪连接到DLC3上。

(2) 起动发动机, 并打开检测仪。

(3) 选择以下菜单项:Powertrain/Engine and ECT/Active Test/Control the VVT Exhaust Linear (Bank1) 。

(4) 操作机油控制阀时, 发动机冷却液温度应低于50℃, 打开空调, 并检查发动机转速。正常情况是机油控制阀关闭, 发动机怠速转速正常;机油控制阀打开发动机怠速不稳或失速, 特别是机油控制阀从关闭到打开瞬间立刻出现。如果出现的现象与上述不符, 应进行下一步检查。

2. 检查排气凸轮轴正时机油控制阀总成

(1) 电阻值的检查

拆下排气凸轮轴正时机油控制阀总成插接器, 用数字万用表测量1号端子与2号端子之间的电阻, 在20℃, 电阻值应为6.9～7.9Ω。

(2) 工作情况的检查

拆下排气凸轮轴正时机油控制阀总成, 将蓄电池正极电压施加到1号端子上, 负电压施加到2号端子上, 观看阀的工作情况, 阀应迅速移动。

3. 检查线束和插接器

(1) 拆下排气凸轮轴正时机油控制阀总成插接器。

(2) 拆下ECM插接器。

(3) 检查B22-1端子和B31-60端子之间的电阻应始终小于1Ω;检查B22-2端子和B31-61端子之间的电阻应始终小于1Ω。检查B22-1端子或B31-60端子与车身搭铁的电阻应始终小于10kΩ或更大;检查B22-2端子或B31-61端子与车身搭铁的电阻应始终小于10kΩ或更大。检查符合上述标准应重新连接排气凸轮轴正时机油控制阀总成插接器和ECM插接器。否则应更换线束和ECM。

三、检查机油控制阀滤清器

拆下机油控制阀滤清器, 检查并确认滤清器有无堵塞, 如堵塞应更换机油控制阀滤清器。

四、配气正时检查与调整

1. 配气正时检查

拆下正时链条盖总成, 观察正时链条上的彩色片和皮带轮上的标记是否对齐, 如果没有对齐, 应调整。

2. 配气正时调整

FE系统 篇5

关键词：Zn:Fe:LiNbO3晶体,6:8平衡调制码,体全息存储

1. 引言

光折变效应首先是由贝尔实验室的Ashkin等人于1965年发现的。当时把这种不期望的效应成为“光损伤”。1 9 6 8年, Chen等人首先认识到利用这种“光损伤”可以进行光信息存储。

Li Nb O3晶体作为一种常用的体全息存储材料, 具有高灵敏, 大存储容量和较强的非线性特性, 通过在LiNbO3中掺入一定成分的过渡金属元素 (例如Fe, Cu离子) [1], 可提高晶体的体全息存储性能。通过前面对各种晶体体全息存储性能的测试, 这次实验采用存储性能相对好些的Zn (2%) , Fe (0.02wt%) , LiNbO3晶体[2]。

2. 编码解码

在体全息存储系统中存在着各种噪声, 像页内串扰、页间串扰、CCD电子热噪声等[3], 如果不采取适当的措施来消除或抑制这些噪声, 则系统的误码率将非常高。为了降低其误码率, 人们将通信理论中的纠错码、调制码等技术移植到体全息数据存储中[4], 极大地改善了这一技术的系统性能。

调制编码是将数据编码成一种抗噪声能力强, 并且易于检测的形式。6:8平衡调制码是体全息存储中一种非常有效的平衡调制编码。它是将6位信息数据映射到8位平衡码中, 即编码后的码字中含有4个0和4个1。4个0和4个1的不同组合数为70 (在8个位置中选4个位置放入1, 其余的放入0, 即C84=70) , 而6位数据的信息量为25=64, 所以映射是没有问题的, 而且还有6个码字闲置。具体操作是预先编制一个编码表和一个译码, 编码和译码分别通过查编码表和译码表来实现。例如图1是“Holographic storage is good i d e a l!”对应的编码图。

3. 实验装置及存储光路

光源为INNOVA 301C Kr+激光器, 输出波长482.5nm, 输出功率1～80mW;空间光调制器 (SLM) 选用的是英国CRL公司型号为XGA3L01, 其空间分辨率1024 (H) ×768 (V) , 像素间距18μm×18μm, 像素尺寸13μm×10μm;探测器是大恒DH-HV1300FM型CCD, 最高分辨率1280×1024, 像素尺寸5.2μm×5.2μm;寻址器件为手动螺旋旋转台用来旋转晶体载台, 其旋转范围是0～20°, 精度为0.02°;实验选用LM-200A型数字显示激光功率计, 其波长响应范围为520～676nm, 测量量程为0～200mW, 精确度0.001μW;其它仪器还包括偏振片、极化分束镜、反射镜、扩束镜等。

体全息存储采用光路图如图2所示。

4. 实验

光学体全息数据存储机理可简单描述为:待存储的数据以图像的形式, 经空间光调制器 (SLM) 被调制到信号光上, 形成二维信息页 (图像) , 然后与参考光在记录介质中干涉形成体全息图并被介质记录, 利用体全息图的布拉格选择性, 改变参考光的入射角度或波长以实现多重存储。

在前面的实验中, 存储的信息多为字母、汉字等模拟图像, 这样每一幅图像所记录的信息非常有限, 这次实验我们存储编码格图。存储编码格图首先按照6:8平衡调制码方案进行编码, 然后按编码后的信息映射到二维图像中, 最后将图像显示在SLM上进行加载;读取时对读到的格图进行解码处理, 还原信息。

存储编码格图时希望每个数据页中的格数越多越好, 这样每位的信息占用的像素就越少, 每个数据页包含的信息就越多。图3是存储的编码格图读取后的图像, 其中32×32、16×16和8×8分别表示32×32个、16×16个和8×8个像素代表一位的信息。

图3中的信息由于已经采用了纠错编码、平衡调制码等编码方法, 所以能准确无误的解码处原信息。图4是读取的4×4的编码图, 一个位的信息用4×4个像素代表, 这幅存储图基本上是不可能恢复原信息。

5. 结果与讨论

通过对不同编码格图存储和读取, 当每位信息用8×8个像素时还能准确无误地得到原信息, 当每位信息用4×4个像素时就不能恢复原信息, 分析原因可能有三个:一是由于晶体材料质量或材料的分辨率不够高;二是由于透镜质量不高, 像差还比较大;三是CCD探测器分辨能力不够。但是当直接用CCD抓拍透过SLM的图像时, 细节非常的清晰, 因此第三个原因可以排除。

通过对整个体全息存储系统得分析, 发现体全息存储系统中存在着多种噪声源, 直接影响了存储质量, 这些噪声源主要有:

1) 、像差。由于透镜存在各种像差, 即使经过精心设计也不能完全消除, 使得从同一物点发出的光线会聚到不同的像点, 影响了成像的质量。

2) 、杂散光。由于光学系统中由光学或机械表面产生的不期望的散射光和反射光。杂散光的存在影响了系统的成像。可以采用在透镜表面镀上防反射膜和加入隔板的方法减小杂散光的影响。

3) 、存储介质的光学质量。由于存储介质内部缺陷等原因对入射光产生散射, 散射噪声将严重影响成像的质量。

4) 、光斑的不均匀性。光斑的不均匀性使得本来信号相同的像素, 灰度值相差很大, 容易造成错码。本实验采用的6:8平衡调制码可以解决这个问题。

5) 、探测器的电噪声。探测器本身的电路也会有很大的噪声。

参考文献

[1]V.Pankratov, D.Millers, L.Grigorjeva, A.O.Matkovskii, P.Potera, I.Pracka, T.Lukasiewicz.The role of Fe and Cu dopants in electron-hole trapping and relaxation process in congruent LiNbO3.Opt.Mater, 2003, 22 (3) :257～262

[2]A.Adibi, K.Buse and D.Psaltis.System measure for persistence in holographic recording and application to singly-doped and doubly-doped lithium niobate.Appl.Opt, 2001, 40 (9) :5175～5182

[3]M.-P.Bernal, G.W.Burr, H.Coufal et al.Balancing Interpixel Crosstalk and DetectorNoise to Optimize Areal Density in olographic Storage Systems[J].Appl.Opt.1998, 37:5377-5385

FE系统 篇6

“翻转课堂”是一种新的教学模式, 其核心观点是将传统的教学过程进行翻转, 即利用教师制作的视频、搜集的数字化资源, 将过去在课堂完成的知识讲授放到课前, 让学生自主学习完成;课堂上则成为学生和教师、同伴进行解决问题, 完成知识内化的场所。翻转课堂的实质就是利用教育技术和活动学习从根本上影响学生的学习环境, 使学生从传统的在课堂听课变为在课下观看视频学习, 课上的时间用来在教师和同学的帮助下提出问题和解决问题, 从而实现学习效率的提高[1]。

二、在高职教学中实施翻转课堂是符合课程改革的需要

随着爱课程、网易云课堂、可汗学院等视频公开课、在线课程、微课程和国家精品课程等网络共享资源的日趋增多, 翻转课堂在中小学教育教学中有不少典型的成功案例, 在大学教育教学中出现很少, 主要的原因可能是担心学生不能适应。对此, 卜彩丽[2]等在“翻转课堂教学模式在我国高等院校应用的可行性分析”研究中指出要实施翻转课堂, 学习者必须具备五项特征, 即:能够自主学习和抵抗诱惑, 能够及时发现问题和解决问题, 能够在课堂上和同学们及时交流和沟通并能及时询问在学习过程中所记录下来的没能解决的疑惑, 具备观看视频的硬件设备 (我国高等院校学生已经具备) 。

三、高职翻转课堂教学模型设计

正如焦建利教授所言, 翻转课堂的案例并不是教学技术或者设备的革新, 流程的变化也能带来生产力的巨大变革, 笔者结合数字化学习构建出了适合本课程教学的翻转课堂模式, 从教师和学生的角度分别进行了流程设计, 如图1所示。

在翻转课堂的这个模型中, 信息技术和活动学习是翻转课堂学习模式的两个关键组成部分。信息技术是支持数字化学习的基本技术, 是将优质的数字化资源引进教学过程的根本保障, 影响着学生的个性化学习环境, 使学生在课堂之外能够自主学习。学习活动组织是否形式多样, 是否和学习内容匹配, 是否能够调动人人参与, 每个环节时间安排是否合理都将影响本节课的教学效果, 也是学生在课内进行协作学习的关键。在这个教学环节中, 笔者增加了课后的流程, 主要是考虑到高职学生需要自我反思、自我整理的年龄特点。

四、翻转课堂在机械制造基础课中的实践案例

学科:机械制造基础。

教学内容:Fe-Fe3C相图分析。

该内容总学时:供4讲。

翻转课时:仅第2讲, 绘制铁碳合金相图。

1. 学习内容分析。

从知识衔接上来讲, 本节课有承上启下的作用, 在对金属力学性能和结晶过程、同素异构、基本组织等知识理解的基础上进行更加全面的分析Fe-Fe3C相图有了知识铺垫, 也为后边学习热处理、毛坯成型方法的选择和切削加工工艺的制定奠定了分析依据。

教学难点:共晶反应和共析反应的理解。

教学重点:研究钢、生铁 (铸铁) 在平衡条件下, 铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系及变化规律。

2. 学习目标分析。

记住相图中的五种基本组织及性能;解释相图中一些特征点、特征线的意义;运用相图进行分析钢、铸铁在平衡条件下, 铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系及变化规律;比较共析反应和共晶反应的产物;判断随温度区间、内部显微组织变化各相区的特点及相关性能。

3. 学习者特征分析。

本节课之前学生已经学习了金属的结晶、同素异构的转变以及铁碳合金的五种基本组织。在学习过程中可能存在三方面的问题:其一, 对这些规律在具体情况下随温度变化而发生的组织转变的应用理解;其二, 直接呈现铁碳合金相图给学生, 学生看到烦琐的图相会产生畏惧心理。最好能够以由简单到复杂的逐步给学生呈现。

4. 课前任务设计。最好能够以表格的形式清晰、明了地呈现给学生, 提前3~5天通过班级QQ群共享给学生。

5. 教学设计思路。

在以往的教学中发现, 教师一开始就讲解铁碳合金相图, 学生听了只是听了, 只是暂时的记住了铁碳合金相图中组织变化的规律, 而对为什么发生这样的变化没有正真掌握, 导致在学习热处理要运用的时候忘记, 得重新复习。

为了配合本节课:笔者用录屏软件录制了本专题的微视频, 还特意制作了动画演示的PPT, 帮助同学来简化铁碳合金的绘制。当然, 也引用了精品课程网站上比较完整的优质视频课, 帮助学生从不同的角度来学习, 拓宽学习的视角。图2为学生课堂小组讨论的情景, 图3为学生进行小组展示和评价的情景。

通过这样的翻转课堂, 明显感觉的到学生的投入感、参与感、积极性被激发, 课堂不再是沉闷的, 不再是有些学生游离之外, 即使平时学习比较懒散的同学, 对这种模式也充满了欣喜, 愿意反复的在课前看视频, 并在课堂上参与;另外在学生讨论的过程中, 教师可以主动地巡回, 发现学生的困惑, 及时进行个别指导, 缩短了师生之间的距离, 改善了师生关系。

五、翻转课堂存在的问题

1. 学生方面。

在实践过程中发现学生方面存在以下两方面的问题:其一, 如何引导学生课前看视频资源, 对教学视频的视觉效果、主题要点强调和互动性等元素的设计是关键。教师除了自己录制视频外, 还可以利用现有的网络共享资源进行修剪编辑, 为我所用。其二, 加强学法指导, 培养学生自主质疑、解释的能力, 同时还可以关注个体差异。

2. 教师方面。

教师要做好角色的转换, 逐步将教师变成课堂的主导者、教学中的引导者、指导者和参与者。把握好课堂上多讲与少讲之间的平衡, 不能完全的把课堂交给学生, 放任自流, 也不能不信任学生, 总是不放心, 喋喋不休。当然, 教师要提前预测课堂上可能出现的情况。

总之, 通过对翻转课堂的实施, 发现翻转课堂确实能够提高学生的学习兴趣, 能够促进学生自主学习的能力, 能够扩大学生的认知领域, 翻转课堂对提高教学质量需要进一步的研究和实践。

摘要：“Fe-Fe3C相图分析”是机械制造基础课程的重要知识点, 也是学生学习的难点。本文通过翻转课堂的设计帮助学生掌握本知识点, 同时培养学生自主学习的能力。

关键词：翻转课堂,Fe-Fe3C相图分析,学生

参考文献

[1]刘荣.翻转课堂:学与教的革命[J].基础教育课程, 2012, (12) :28.

FE系统 篇7

氮氧化物 (NOx) 是主要的大气污染物之一。在众多脱硝手段中, NH3选择性催化还原技术 (NH3- SCR) 是一个有效的方法。但传统的钒基催化剂活性温度窗口窄[1], 烟气中大量的飞灰和SO2易导致催化剂失活[2]。

电厂烟气中, NO占氮氧化物的95%[3], 如果将NO转化为NO2, 溶解度就会大大提高, 进而可以用湿法脱硫的吸收剂脱除。现有的氧化方法主要有强氧化剂法, 催化氧化法, 等离子体法等, 但强氧化剂法、等离子体法, 由于成本高、腐蚀性强等问题无法大规模应用。目前, 催化氧化NO的催化剂主要有分子筛、活性炭、负载型贵金属催化剂和过渡金属氧化物等。其中活性炭催化剂的催化氧化活性随温度的升高而迅速降低[4]。贵金属Pt作为活性组分的催化剂价格昂贵且易失活。过渡金属氧化物因其制备方法简单、原料便宜、来源广而成为研究热点。

锰基催化剂被较多用于催化氧化脱硝。 Li等[5]采用浸渍法制备的Mn Ox/Ti O2催化剂在低温段有较高的NO氧化率。Yang R.T.[6]也通过实验证明对铁和锰的金属氧化物有较高的脱除NOx的效率。本文采用溶胶凝胶法制备不同Mn/Fe比例的锰铁氧化物催化剂, 通过实验探讨不同Mn/Fe比例对催化氧化NO效率的影响。

2 实验部分

2.1 催化剂制备

在适量硝酸锰溶液 (Mn (NO3) 2) 中加入硝酸铁 (Fe (NO3) 3·9H2O) , 使Mn/Fe分别等于1:1, 1:2, 2:1, 4:1, 其中Mn和Fe的总摩尔数为0.04mol。均匀溶解后加入配制好的柠檬酸溶液, 所加柠檬酸的物质的量等于Mn (NO3) 2和Fe (NO3) 3物质的量之和。在恒温水浴为60℃条件下加热搅拌, 直至形成透明黏稠的湿凝胶。将湿凝胶放在干燥箱中120℃下干燥12h, 最后得到褐色干凝胶。将干凝胶置于马弗炉中500℃下焙烧5h, 将所得的黑色产物研磨得到不同Mn/Fe比例的催化剂。

2.2 催化剂活性测试

催化剂的氧化活性测试在固定床反应器中进行, 反应器采用内径为8mm, 高为300mm的石英玻璃管, 由管式电炉加热。取1.1m L 60~100 目的催化剂置于石英管的中间位置, 插入热电偶。反应器进口气体组成: NO体积分数为500ppm , O2为10%, Ar为平衡气, 混合气体总流量为1L/min, 空速为54, 000 h-1。采用美国Thermo Fisher Scientific生产的42i- HL型烟气分析仪分别检测反应器进出口处NO的浓度。NO转化率的计算公式为:

式中[NO]in、[NO]out分别表示NO的进口、出口浓度。

2.3 催化剂的表征

2.3.1 BET比表面积测定

催化剂的BET比表面积采用美国Quantachrome生产的Autosorb- i Q- AG全自动物理/ 化学分析仪测定, 样品在200℃的真空条件下预处理8 h, 然后在液氮温度 (77 K) 下用N2吸附法测得样品的BET比表面积或吸附- 脱附等温线。根据测得的等温线, 用BET方法计算比表面积。

2.3.2 X射线衍射 (XRD)

催化剂的X射线衍射 (XRD) 表征采用德国Bruker公司的D8ADVANCE X射线衍射仪完成, Cu Kα 射线, 管电压40 k V, 管电流100 m A, 扫描范围2θ = 0°~ 80°。

2.3.3 程序升温还原 (H2- TPR)

H2- TPR用来表征催化剂的氧化还原性能, 由U型石英管反应器结合日本岛津GC- 214C型气相色谱的TCD来实现。还原气是10%的H2, 平衡气为He气, 在通入H2- He气氛之前, 催化剂在100 ℃下He气氛中预处理1 h, H2- TPR实验从室温开始以10 ℃/min速率升温800 ℃。

3 结果与讨论

3.1 催化活性

图1 为不同Mn/Fe比例的Mn- Fe催化剂上NO转化率与反应温度的关系, 图中可以看出, 250℃时Mn/Fe比例为1:1 的催化剂活性最高。不同Mn/Fe比例的Mn- Fe催化剂在250 ℃催化氧化NO的活性顺序为:1:1>1:2>4:1>2:1。Mn/Fe比例为1:1 的催化剂在250 ℃时的催化氧化效率达到89.2%, 说明其在低温段发挥较好的催化氧化作用。

3.2 BET和XRD分析

4 种催化剂的BET比表面积、孔体积和平均孔径测试结果列于表1。可以看出, Mn/Fe比例为1:1 时, 催化剂的比表面积、总孔体积和孔径明显大于其他三种Mn/Fe比例的催化剂的比表面积、总孔体积和孔径。较大的孔径和比表面积能提供更多的活性位[7], 提高催化剂的催化氧化效率, 这与活性结果吻合。

4种催化剂的XRD谱图如图2。与其他3种催化剂相比, Mn/Fe比例为1:1时衍射峰的强度最弱, 只含有少量Fe2O3的晶相, 说明Mn和Fe在Mn-Fe (1:1) 催化剂上结晶度最低, 分散度较高, Mn-Fe晶体结构最稳定。高分散的锰能提高氧空穴的数量, 对催化活性有利[8], 这也与活性测试结果相吻合。

3.3 H2-TPR

H2- TPR可以测试催化剂的氧化还原性质, 测试结果如图3所示。在Mn- Fe (1:1) 催化剂TPR谱图上, 350℃的还原峰可能是Fe3+和Mn3+ (或Mn4+) 共同的还原作用[9,10,11]。440℃左右出现的还原峰可能是Fe3O4→Fe O的还原[12]。570℃出现的还原峰可能表示Mn3O4→Mn O的还原[13]。Mn-Fe (1:2) 和Mn-Fe (2:1) 的图谱类似, 检测到三个氢气还原峰, Mn-Fe (1:2) 的三个峰分别位于398℃、492℃和574℃;Mn-Fe (2:1) 的三个峰分别位于437.7℃、497.5℃和589.6℃。Mn-Fe (4:1) 仅能检测到两个还原峰, 分别位于422.3℃和554.1℃。Mn- Fe (1:1) 的还原峰对应的起始温度较低且其面积大于其他三种催化剂, 说明在Mn- Fe (1:1) 上更易发生氧化还原反应。

4 结语

4.1 Mn:Fe比例为1:1 的Mn- Fe催化剂具有较高的NO催化氧化活性。Mn- Fe (1:1) 催化剂在250 ℃反应温度下可达到89.2%的NO转化率。

4.2 BET表征结果表明, 催化剂的比表面积与催化剂活性有关, 四种催化剂中Mn- Fe (1:1) 的比表面积最大。XRD分析表明, Mn- Fe (1:1) 催化剂上锰、Fe氧化物在催化剂表面分散良好。

FE系统 篇8

自纳米双相复合永磁体(Nanocomposite permanent magnets)由Coeboorn R等[1]报道以来,引起了世界各地学者的热切关注。不同于以往的永磁材料,纳米双相复合永磁体包含软磁相和硬磁相两个相,通过两相之间的交互耦合作用,兼具硬磁相高的磁各向异性和软磁相高的饱和磁化强度,理论预计其磁能积可达1MJ/m3[2],为第三代永磁材料“Nd2Fe14B”的2倍多,并具有稀土含量低、成本低、温度稳定性较高、耐热性和抗氧化性等优点,有很高的实用性能,有望成为下一代永磁材料。本文综述了目前Nd2Fe14B/α-Fe纳米双相复合永磁体的最新研究动态,并就纳米复合永磁体研究中存在的一些主要问题进行初步的分析和探讨。

1 纳米双相复合永磁体的特性

1.1 剩磁增强

由于软磁相与硬磁相间存在交互耦合作用,纳米复合永磁体剩磁与饱和磁强度的比值(剩磁率)Mr/Ms>1/2,即剩磁增强现象。

1.2 单一磁滞回线

纳米双相复合永磁体虽然含有软/硬两个磁相,但是由于两相间的交互耦合作用,仍显示出单一的磁滞回线。在Liu San[3]的研究中,其制备的磁体晶粒尺寸为几十个微米级别,展示出良好的两相交互耦合特性。对于两相的交互耦合,晶粒尺寸并不需要为纳米级别,单一磁滞回线可以对纳米双相复合永磁体与其他复合永磁体做一个区别:纳米双相复合永磁体是一个拥有硬、软磁相,两相共存,却具有单一磁滞回线特性的永磁体。

1.3 交换弹簧

在一定的反磁化场的作用下,软磁性相晶粒中心的原子磁矩已磁化反转,即已反磁化,但硬磁相(原子磁矩)还没有实现反磁化,当去掉反磁化场后,由于硬磁相晶粒与软磁相晶粒之间的磁交换耦合作用,将迫使软磁相性晶粒内部已磁化反转的磁矩又部分地回转到接近硬磁性相的磁矩方向上,被称为交换弹簧[4]。

2 纳米双相复合永磁材料的制备

2.1 常规制备方法

在早期,纳米双相复合永磁材料的制备一般是直接从母相析出硬/软两相。自20世纪90年代以来,化学气相沉积、表面活性剂辅助球磨等各种制备纳米晶的方法的发展及应用,可以极为方便地得到各种软、硬磁体颗粒,通过各种方法将软、硬磁体颗粒合成,得到纳米双相复合永磁体。

2.1.1 熔体快淬法

溶体快淬法是制备纳米双相复合永磁体最常用的方法。H.W. Chang等[5]用熔体快淬法制备NdyFe97-y-zTi3-x-ZrxBz,并直接注入铜模模具得到直径为0.9mm、长度达15mm的铸态合金,磁性能为iHc = 533~1074kA/m, (BH)max=53~65kJ/m3。

2.1.2 HDDR

在HDDR(Hydrogenation disproportionation desorption recombination)中,发生了吸氢歧化反应(Nd2Fe14B+H2→NdH2+α-Fe+Fe2B)以及脱氢重组反应(NdH2+α-Fe+Fe2B→Nd2Fe14B+H2)。Yagodkin 等[6]用88%的Nd2Fe14B、7%的α-Fe以及富Nd相为原料,通过HDDR后得到了μ0iHc为0.66 T 、Br为0.6 T的磁性能。由于其反应需要在800℃左右的高温下才能进行,一般得到的是亚微细晶组织材料,因此很难获得纳米晶组织,基于此缺点,现今已不多使用HDDR。

2.1.3 机械合金化法

王迎等[7]通过机械合金化法制备了纳米晶复合永磁材料,将Nd2Fe14B和羰基铁粉混合料共200g(两者质量比是4∶1)混粉30h,随后放入搅拌式球磨机中,球磨5h并在650℃晶化处理,粉末的磁性能最佳,达到Br=1.06T,iHc=347kA/m,(BH)max=142kJ/m3。Shi Gang等[8]采用HDDR法和机械球磨法结合制备出Nd2Fe14B/α-Fe复合磁体,对成分为Nd12Fe82B6的磁粉先进行球磨,再进行HDDR,磁性能为Br=0.73T,iHc=610kA/m,(BH)max=110.8kJ/m3。

2.1.4 磁控溅射法

磁控溅射法是研究纳米复合永磁体常用的一种方法。W.B.Cui等[9]制备了Mo (50nm)/Nd16Fe71B13 (800nm)/Mo (2nm)/Fe (11nm)/Mo (2nm)/Nd16Fe71B13 (800nm)/Mo (50nm)多层膜,获得了矫顽力为 620kA/m 及磁能积为142kJ/m3的多层膜,当Fe层厚度增至36nm 时,磁能积增至198kJ/m3。S Madeswaran等[10]也使用磁控溅射法制备了Ta(35nm)/NdFeB(240nm)/Ta(20nm)、Ta(35nm)/NdFeB(120nm)/α-Fe(15nm)/NdFeB(120nm)/Ta(20nm)多层膜,得到iHc=950kA/m、Jr=1.04T、(BH)max =189kJ/m3的磁性能。

2.1.5 放电等离子烧结法

放电等离子烧结法(Spark plasma sintering,SPS)是一种特殊的技术,具有烧结时间短和烧结速度快的优势,能有效防止晶粒的过度长大,从而得到纳米晶或非晶态的结构,K.Tanaka1等[11]制备了Nd8Fe85B5Zr2永磁体,在表面转速为25m/s、烧结温度为650℃时获得最高磁能积,(BH)max=100kJ/m3。

2.1.6 超声化学法

黄威等[12]使用超声化学-放电等离子烧结制备纳米复合永磁体,采用超声化学法在介质中分解五羰基铁得到纳米Fe颗粒包覆Nd2Fe14B的复合磁粉,后通过放电等离子烧结制备出Nd2Fe14B/α-Fe双相复合磁体。结果表明,五羰基铁溶液的加入量为15mL时(Fe与Nd2Fe14B的名义质量比为1∶4)磁体具有较好的磁性能:Br=0.959T、iHc=692kA/m、(BH)max=142kJ/m3。加入适当含量的Fe(Co)对烧结磁体的剩磁和最大磁能积有增强作用,软磁性相的分散程度则对磁体的矫顽力有较大影响,随着软磁性相含量不断增加,其表面吸附的氧也随之增加,导致磁体性能下降。Li Yong-li[13]指出,在SPS前先经过高能球磨处理能明显提高两相间的耦合作用,磁能积由(BH)max=96kJ/m3提高至(BH)max =113kJ/m3。

2.2 全致密块状纳米复合永磁体的制备

早期通过熔体快淬法、机械合金化法、磁控溅射法等方法制备得到的永磁体,至少有一个方向是微米级别的,限制了纳米复合永磁体的应用。为得到块状的纳米双相复合永磁体,需要经过一连串复杂的工序,采用熔体快淬法、机械合金化法、HDDR制得前期样品,通过粘结成型、热压成型、热变压成型等成型方法得到块状磁体,如姚丙南等[14]先用熔体快淬法得到Nd9Fe82B6Co3的非晶薄带,再将薄带破碎过筛,选出晶粒度在200μm以下的粒子,进行热压制得块体,但这常常不能得到全致密的块体纳米双相复合永磁体。为得到全致密度的块体磁体,学者们开始探索和运用新的制备工艺,如Tetsuji等[15]用压缩剪切方法(Compression shearing method)制备纳米复合永磁体,将非晶态薄带Nd4Fe77.5B18.5敲碎后在淬火钢容器结合成块体,表现出很高的剩磁(Br=118emu/g)和矫顽力(iHc=190kA/m)。Li W等[16]的研究表明[16],在室温下对非晶合金进行严重塑性变形可以得到致密度高的细晶粒,且晶粒尺寸可在10nm以下。Li Wei等[17]用熔体快淬法在淬速为40m/s 和5m/s时制备得到非晶态Nd9Fe85B6薄带,后在室温下通过高压变形制备得到纳米复合永磁体,软磁相的体积分数达到36%,磁能积达到139kJ/m3。

相对比上面的方法,Zhang等[18]报道了一种获得α-Fe/Nd2Fe14B全致密块体永磁体的新方法,用简单的铜模成铸获得非晶,随后做一步热处理得到纳米晶复合永磁体,摒弃了以往复杂的工序及长的生产周期,为它的广泛使用迈出了坚实的一步,也引起了众多研究者的广泛关注,如Tan等[19,20]报道了尺寸为1mm×10mm×50mm 的Fe67-xCo10Nd3YxB20(x=0,2,6,10)的吸铸薄片,及1mm×10mm×80mm的Fe48-xCo27Zr3NdxB22(x=0~6)的吸铸薄片,对Fe61Co10-Nd3Y6B20进行热处理,在948K退火30min,获得Ms=105Am2/kg, iHc= 101kA/m。 Fushan L等[21,22]报道了棒状直径为1mm的非晶成分点Fe67-xCo7Zr6NdxB20(x=0~5at%)、Fe61Co13.5Zr1Pr4.5-xDyxB20 (x=0,1)。Wei Zhang等[23]制备了直径为0.5mm的块体非晶Fe66.5Co10-Pr3.5B20,并在863K退火600s,获得了Br=1.23T、Mr/Ms=0.82、iHc=225kA/m、(BH)max =95.9kJ/m3的磁性能。到目前为止,J.Zhang等[24]报道了在成分点Fe65.28B24Nd6.72Nb4非晶形成能力最强,直径为4mm,在成分点Fe64.32B22.08Nd9.6-Nb4获得了矫顽力为1100kA/m、磁能积为33kJ/m3的磁性能。或许可以接受J.Zhang[24]的建议,以Fe65.28B24Nd6.72Nb4为成分设计起点,以期探索非晶形成能力更强、非晶尺寸更大的块状磁体。笔者亦开展了α-Fe/Nd2Fe14B块体纳米复合永磁体的制备及磁性能相关研究,试图在贫Nd条件下用铜模吸铸获得块体非晶,并通过逐渐减少B的含量,以期获得硬磁相体积分数较高并含有适量软磁相的磁体,在添加元素提高Nd-Fe-B成分基元的非晶形成能力时,优先选用能在随后热处理中有助于改善结构组织的元素,从而改善磁性能。若能改变目前非晶形成成分中富B的现象,则在纳米双相复合永磁体的制备过程中,可减少许多无关相的析出,而增加软、硬磁相体积分数,其简单的工序优势将大大有利于永磁材料市场的开拓和纳米复合永磁材料的发展。

2.3 各向异性纳米复合永磁体的制备

虽然理论预计纳米双相复合永磁体的磁能积高达1MJ/m3,但是目前得到的磁性能与理论值仍有很大的差距,原因之一就是硬磁相的磁矩取向不一致。在各向异性纳米复合永磁体的研究中,Re2Fe14B相的易磁轴取向一致是制备各向异性磁体的关键因素,早在2001年,X.Y.Zhang等[25]报道了在相对低的10m/s的淬速时,Nd2Fe14B晶粒的c轴垂直于薄带平面,当在淬速为20m/s时,Nd2Fe14B晶粒的c轴转向平行于薄带水平方向;Nd2Fe14B织构的形成是由于:在低速淬速时有温度梯度造成的定向凝固形成,在高速淬速时由于α-Fe的(110)面的晶种效应形成,在20m/s转速下得到的薄带,水平方向的剩磁为0.74Ms,磁能积为193kJ/m3。Z. Q. Jin等[26]也观察到,在淬速为10m/s和最佳淬速下,Re2Fe14-B相磁轴取向分别为垂直与平行于平面。Pang Lijia等[27]进一步指出,添加Ga能有效使Nd2Fe14B相磁轴垂直于薄带平面,而复合添加Zr+Ga 或 Nb+Ga 其作用更为明显。

自2004年以来,研究者多使用热压和热变形来制备各向异性纳米复合永磁体。早期Liu Sam等[3]认为,富钕相对获得各向异性的Nd2Fe14B硬磁相来说至关重要,因其在热压变形中是熔融状态,能有效起到润滑作用,使其不出现裂隙从而形成各向异性磁体。常规的NdFeB磁体(富Nd合金)在热变形过程中易于形成织构,磁性能较高,但成本较高;贫Nd磁体成本较低,而磁性能较差。因此,希望结合富Nd合金和贫Nd合金两者之间的优点。Liu Sam等[3]用富钕成分薄带(Nd,Pr,Dy)13.5(Fe,Co,Ga)80.5B6和贫钕成分薄带Nd4Fe90B6混合制备成成分为Nd10.8Pr0.6Dy0.2Fe76.1Co6.3-Ga0.2Al10.2B5.6永磁体,通过热变形后得到α-Fe的体积分数为3%,最好的磁能积为358kJ/m3,而进一步降低稀土含量时,很难得到磁性能很高的纳米复合磁体。从其微结构上来看,晶粒仍不够精细,软磁相的晶粒尺寸甚至粗大至10μm,经TEM及电子花样衍射分析得到,富钕合金中出现了织构,而贫钕合金中的硬磁相取向仍杂乱无章,呈现各向同性。M. Yue等[28]直接用富钕合金和α-Fe混合,并通过超声化学将α-Fe涂覆在硬磁相表面,得到较好的精细结构,晶粒平均尺寸为50nm,而部分晶粒粗大至200nm,并研究了在不同α-Fe体积分数下经过热变形工艺后性能的变化,得到在含有2%(体积分数)α-Fe中有最好的磁能积(395kJ/m3)。通过该方法,虽然能获得较高的磁能积,但软磁相含量太少,只有2%(体积分数)、3%(体积分数),离理想结构下软磁相的体积分数含量30%~40%有很大的距离,进一步提高软磁相的占有体积分数成为当务之急,遗憾的是,增大软磁相的体积分数反而使磁能积减少。Y. G. Liu等[29]提供了一种新的制备各向异性磁体方法:Nd2Fe14B硬磁相织构(001)可以直接由贫钕非晶态样品经过热变形得到,但仍面临着相同的问题。D. Lee等[30]研究了(Nd,Pr,Dy)2Fe14B/α-Fe的热压及热变形工艺,结果表明,经热压后的块体呈各向同性,而热变形后的块体呈各向异性,且在热变形中,软磁相体积分数占4%和11%时有最好磁性能,分别为246kJ/m3 和191kJ/m3。Yanguo等[31]使用该法制备出软磁相体积分数达27%的块体各向异性磁体,磁能积进一步下降为77kJ/m3。显然,热变形是目前制备各向异性纳米复合永磁体的主要工艺方法,已经能够制备出晶粒尺寸在50nm以内、软磁相体积分数接近30%的各向异性磁体,但在软磁相增多的同时,其矫顽力下降过多,而其微结构仍无法满足两相连续均匀分布等理想模型结构条件。通过研究和开发新的制备工艺,制备出软磁相体积分数较高、硬磁相晶粒相互隔离、晶粒细小、硬磁相磁轴取向一致的纳米复合永磁体,使其兼具高的磁晶各向异性和饱和磁化强度,仍是我们面临的主要问题。

3 RE2Fe14B/α-Fe纳米双相复合永磁材料的矫顽力

加入软磁相,可使纳米双相复合永磁体的饱和磁化强度和剩磁性能明显提高,但在目前的研究中,各向同性纳米复合永磁体的剩磁(Jr)多大于1T,而矫顽力(μ0iHc)却小于0.7T[14],矫顽力远低于Nd2Fe14B内秉矫顽力,成为提高磁能积的瓶颈。显然,当稀土永磁体的晶粒尺寸从微米级减至纳米级时,其矫顽力机制会发生重大的变化,在纳米晶结构的磁性材料中,不再需要产生一种特殊的微观结构来阻止可逆磁畴的形成或束缚畴壁运动[30]。

Kronuuller等[32]认为矫顽力由硬磁性相和软磁性相的反磁化畴成核机制控制,纳米双相复合永磁材料硬磁相的形核场高于软磁相,硬磁相的畴壁能密度远远高于软磁相,畴壁能密度高的区域会对已成核的畴壁继续位移产生一定的阻碍作用,且有:

Hc=Hundefined(0.22-0.41lnD/δundefined)

式中:D为平均晶粒尺寸,矫顽力随平均晶粒尺寸的减小呈对数关系增加。

由于上述公式是假定晶粒形状规则,尺寸分布均匀,晶界的磁极化强度、各向异性常数及交换积分与晶粒内部相同,而实际磁体的晶粒形状及尺寸分布复杂,晶界处与晶粒内部的差异造就了理论与实验的差别。

G. P. Zhao等[33]提出RE2Fe14B /α-Fe纳米晶复合永磁材料矫顽力的自钉扎机制。在较小反磁化场作用下,首先在软磁性相晶粒内部形成反硬化畴,随反磁化场增加,畴壁位移将遇到由于交换耦合作用引起的最大阻力峰,而当反磁化场增加到使畴壁能摆脱该阻力峰时,畴壁发生不可逆的跳跃式壁移。

NdFeB基纳米双相永磁材料结构很复杂,如在高B含量复合材料Pr9Fe73.5Ti2.5B15中会形成TiB2相[34],并主要分布在硬磁相Pr2Fe14B中,剩磁基本不变, Zhang 认为分布在硬磁相内的TiB2相对畴壁位移的阻碍作用很强烈,即晶粒内部缺陷的钉扎作用能显著提高矫顽力。

形核机制和自钉扎机制主要是从软、硬磁相晶粒之间的交换耦合的角度来研究矫顽力的反磁化机制,在Zhao G.P.[35]的研究中,认为当软磁相的厚度超过临界值4.3nm时,反磁化机制以自钉扎机制为主;当软磁相的厚度低于临界值4.3nm时,矫顽力等于形核场,反磁化机制以形核机制为主,形核场是矫顽力的下限值。

目前对矫顽力的机制的研究还不够深入,如还需对硬磁相之间的耦合在反磁化过程中的作用进行更加细致深入的研究[36]。矫顽力理论与实验结果仍有较大的差距,但从实验和模型研究来看,为得到剩磁性能和矫顽力俱佳的纳米双相复合永磁体,其应具备以下条件[32,37,38,39,40,41]:组织结构中以硬磁相Nd2Fe14B为主相,软磁相α-Fe将硬磁相包围,能够将硬磁相相互隔开;软磁相体积分数在30%~40%之间;软、硬磁相高度连续均匀分布,晶粒细小,硬磁相晶粒尺寸在20nm以内,软磁相在10nm以内;软硬磁相之间无非磁性物质析出,存在完全耦合作用。

4 添加合金元素对磁性能的影响

现在制备的纳米双相复合永磁体的磁性能与理论相差较大,原因之一是不能获得理想的组织结构,或是晶粒粗大、无关相的析出、B的含量过高造成富B相,使α-Fe和Nd2Fe14B的体积分数减少,不符合理想完全耦合的条件,使性能变差。近年来众多学者致力于研究添加合金元素对组织结构的影响,力图通过添加元素改善磁体组织结构,以达到理想模型的要求,进一步提高纳米晶复合永磁材料硬磁性能。

(1)Co元素 添加Co可能同时取代硬磁性相和软磁性相中的Fe[42],得到Nd2(Fe,Co)14B/α-(Fe,Co)复合磁体,使磁体的居里温度、各向异性和矫顽力同时增强,大约每用1%Co(粒子数分数)替代Fe,可使居里温度升高11K[43]。

(2)Pr元素 由于Pr2Fe14B的各向异性场比Nd2Fe14B的各向异性场高,所以用部分Pr替代Nd,可以提高硬磁性相的各向异性[44],但使居里温度稍微降低,低约20K[45]。

(3)Zr、Nb元素 Zr、Nb两种元素对磁体性能有着相似的影响,若在晶界析出,能阻碍晶粒的长大,从而优化微结构,增强交互耦合作用,提高合金的剩磁性能[46,47],但若直接进入硬磁相,会导致Tc下降[48]。Tan[20]和J.Zhang[24]报道,Zr、Nb元素能提高Nd-Fe-B体系的非晶形成能力。

(4)Y元素 Chen Zhian等[49]研究了Y元素对Nd9-x-YxFe72Ti2Zr2B15(x=0,0.5,1,2)薄带性能的影响,结果表明Y元素能有效提高薄带的非晶形成能力,并在热处理中起到抑制晶粒长大的作用,增强退火后的剩磁性能。

(5)V元素 V进入磁体后形成V2FeB2相,并在晶界处弥散分布,替代无用的富硼相,阻碍软磁相的过早析出,细化晶粒,改善磁体微结构,增大矫顽力,改善磁滞回线形状[50];Bai Yang 等[51]指出:同时添加V和C元素,形成VC相,能进一步细化晶粒。

(6)Mn 元素 Guozhi Xie等[52]指出,Mn进入晶体后替代Fe原子降低了Tc,而少量Mn的掺杂能够显著促进快淬样品的晶化并提高快淬样品的永磁性能,使快淬NdFe具有更有序的晶体结构。

(7)Dy、Tb元素 如果用Tb、Dy替代Nd,则能提高硬磁性相的各向异性和磁体的矫顽力[53],但由于重稀土元素Tb、Dy的原子磁矩与过渡族Fe原子的磁矩方向相反,这样替代会使硬磁性四方相的分子磁矩减小,致使磁体的饱和磁矩及剩磁降低,一般控制在3%(粒子数分数)以内[54]。

(8)C元素 Shun Li[47]、 H. W. Chang[55]等指出:C可以替代四方相的B,增强各向异性场,提高矫顽力,但降低了居里温度和饱和磁化强度。

(9)其他 除了以上元素之外,研究人员还对其他元素对磁体合金化作用和磁体的磁性能做了大量的研究工作: Mo[56]、Ti[57]在非晶态晶化前析出,有阻碍晶粒长大的作用;Cu[58]、Al[42]、Ga[27]能在硬磁相的表面偏析,使晶粒不过分长大;La[59]、Sm[60]替代Nd元素,可增强Nd2Fe14B相的各向异性;Cu[61]、Ga[62]、Cr[55]、Ta[63]等替代Fe原子位后会影响硬磁性相的微结构和内禀磁性。

合金化元素添加过量或单独添加一种元素对磁体性能往往产生某些负面效果,如白岗等[64]指出可通过综合添加Pr,Co元素提高Nd8Fe88B4的综合磁性能,添加Pr可提高材料的各向异性场,提高矫顽力,但是使材料的居里温度降低,因此添加量不宜过多;复合添加Co元素可弥补只添加Pr元素降低材料居里温度的缺陷,并强化磁体材料的各向异性和矫顽力,使Nd5Pr3Fe80Co8B4样品的硬磁性相居里温度提高到600℃。

5 结束语