СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЗАПИСИ И МАГНИТОГРАФИЧЕСКОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ Российский патент 2010 года по МПК H01F1/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для визуализации магнитных полей записи при магнитографической дефектоскопии и феррографии.

Уровень техники

Известно несколько способов визуализации магнитных полей записи с помощью магниточувствительных жидкостей, а также их применение в дефектоскопии и феррографии (А.с. №1593484 В.И.Дроздова и др., А.с. №741137 Т.Я.Гораздовский, А.Н.Фистун, В.В.Чеканов). Основными индикаторными средами, способными визуализировать магнитные поля записи или дефекты на поверхности изделий, являются: эмульсии магнитных жидкостей и магнитные жидкости с микрокапельными агрегатами. Важной проблемой синтеза таких сред является повышение их коагуляционной и седиментационной устойчивости, зависящих от размера капель, межфазного натяжения и способа стабилизации.

Для визуализации магнитной записи намагниченная лента покрывается слоем магниточувствительной эмульсии или магнитной жидкости с микрокапельными агрегатами. Под действием пондеромоторных сил происходит скопление магнитной фазы на поверхности магнитных сигналограмм. Получившаяся структура имеет определенный период, зависящий от длины волны записанного сигнала. При дефектоскопии происходит дрейф капель магнитной фазы к намагниченному объекту, так как на взвешенные капли магнитной жидкости действуют неоднородные поля рассеяния.

Магниточувствительная жидкость позволяет визуализировать видеосигналограммы с максимальной плотностью записи 2·10³ переходов намагниченности на 1 мм (пн/мм), цифровые магнитные сигналограммы с плотностью записи 700 пн/мм (Шагрова Г.В. Методы контроля информации на магнитных носителях. - М.: Физматлит, 2005. - 193 с.).

Недостатками данных способов является недостаточная временная устойчивость индикаторной среды, а также низкая разрешающая способность таких сред, связанная с размерами капель (более одного микрона).

Известен способ визуализации магнитной записи (А.с. №989450 В.В.Чеканов, И.Ю.Чуенкова), заключающийся в том, что намагниченную ленту покрывают слоем магнитной жидкости, на который наносят слой немагнитной жидкости и проводят регистрацию распределения жидкости в поляризованном свете. При этом в слой немагнитной жидкости добавляют поверхностно-активное вещество в количестве 1-5 капель на 0,01 м² поверхности намагниченной ленты.

При визуализации записи дефектов - трещин шириной 1-3 мкм - возникает искривление поверхности магнитной жидкости на границе с немагнитной радиусом порядка нескольких микрон.

Основным недостатком данного метода является недостаточно высокая чувствительность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является способ визуализации магнитных полей записи с помощью магниточувствительной жидкости (А.с. №1633348 «Магниточувствительная жидкость для визуализации магнитных полей записи и способ ее приготовления», авторы Диканский Ю.И., Балабанов К.А., Полихрониди Н.Г.), включающий нанесение на поверхность магнитной ленты, помещенной на предметный столик микроскопа, слоя магнитной жидкости. При понижении температуры с помощью термостата до критической температуры, зависящей от концентрации магнитной жидкости, в последней образуются агрегаты, которые под действием магнитного поля сигналограммы движутся к местам неоднородного магнитного поля на поверхности магнитной ленты и оседают на них. Используемая при этом магнитная жидкость содержит:

- магнетит - 18-20 об.%,

- олеиновую кислоту - 2-3 об.%,

- минеральной масло - 40-47 об.%,

- керосин - остальное.

Магниточувствительную жидкость нагревают до 40-50°С и перемешивают электромеханической мешалкой. После этого проводят разделение полученной смеси на сильно- и слабоконцентрированные фазы седиментационным методом в течение 7-10 дней. Получаемая таким образом слабоконцентрированная фаза используется при визуализации.

К числу недостатков данного способа следует отнести трудоемкость получения магниточувствительной жидкости и сравнительно низкая разрешающая способность, связанная с достаточно крупными (3-5 мкм) размерами агрегатов. Кроме того, в такой среде с течением времени может происходить самопроизвольное образование микрокапель, что понижает время ее хранения.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является создание магниточувствительной дисперсной среды, обладающей большей чувствительностью по отношению к магнитным полям и обладающей большим сроком годности, чем магнитные эмульсии, что позволяет более эффективно использовать их для визуализации магнитных полей записи и магнитографической дефектоскопии.

Технический результат достигается с помощью способа получения магниточувствительной жидкости, в которой вместо микрокапель магнитной жидкости используются частицы, полученные путем дробления сухого остатка магнитной жидкости после ее выпаривания.

Для получения магниточувствительной дисперсной среды используется магнитная жидкость типа магнетит в керосине, которая высушивается в течение длительного времени при комнатной температуре. Измельченный сухой остаток добавляется в воду, после чего осуществляется ультразвуковое диспергирование с добавлением поверхностно-активного вещества (олеат натрия) для предотвращения коагуляции. Исследование процессов структурообразования в системе таких частиц проводится с помощью оптического микроскопа, поле зрения которого с помощью цифровой видеокамеры выводится на экран компьютера, кроме того, исследование наличия в мелкодисперсной фракции частиц с размером менее 1 мкм осуществляется по результатам исследования дифракционного светорассеяния.

Сущность способа приготовления магниточувствительной жидкости для визуализации магнитных полей записи и магнитографической дефектоскопии заключается в следующем.

Небольшое количество (10-20 мл) магнитной жидкости, содержащей магнетит 15%, керосин 82% и олеиновую кислоту 3%, на легкоиспаряющейся основе, помещенное в чашку Петри, высушивается при комнатной температуре в течение 72 часов. Магнитные жидкости представляют собой однородный коллоидный раствор ферро- или ферримагнитного материала в немагнитной несущей жидкости. (Фертман Е.Е. Магнитные жидкости. - Минск: Вышейшая школа, 1988. - 184 с). Сухой остаток измельчается в ступке до получения порошка, размер частиц которого контролируется с помощью оптического микроскопа. Средний размер магнитных частиц составлял 1-2 мкм, при длительности процесса дробления порошка 10-15 мин. Для получения порошка с более мелкими частицами длительность процесса дробления увеличивалась до 1-2 часов. Небольшое количество порошка (2-3 грамма) помещается в пробирку с водой, объемом 10 мл, с добавлением 0,2-0,3 мл олеата натрия для создания коагуляционной устойчивости. Диспергирование полученной смеси осуществляется в ультразвуковой ванне. Тонкий слой полученной магниточувствительной суспензии наносится кисточкой на носитель магнитной записи. Действие неоднородного магнитного поля приводит к возникновению пондеромоторной силы, действующей на намагниченные частицы, при этом последние перемещаются в сторону увеличения магнитной индукции, т.е. втягиваются в область более сильного поля, что и наблюдается визуально. На фиг.1 представлены фотографии магнитной записи на магнитном диске (а) и на магнитной ленте (б), используемой в устройствах автоматической регистрации параметров полета САРПП («черном ящике») самолета ИЛ-76, полученные после предварительной обработки диска и пленки разработанной жидкостью (фотографии сделаны при использовании оптического микроскопа).

Полученная магниточувствительная жидкость может быть использована также в дефектоскопии и феррографии. В кювету, представляющую собой алюминиевое кольцо диаметром 2 см, заклеенное с одной стороны тонкой пленкой, наливается тонкий слой (менее 1 мм) магниточувствительной суспензии. Кювета помещается на исследуемый ферромагнитный объект, намагничивающийся с помощью постоянного магнита. При этом наблюдаются магнитограммы исследуемых образцов. На фиг.2 показано проявление сошлифованых цифр на металлической подложке, не наблюдающихся визуально, а на фиг.3 - проявление дефектов намагничивания ферритового магнита, используемого в приборостроении.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 - способ приготовления магниточувствительной суспензии для визуализации магнитных полей записи и магнитографической дефектоскопии, на фотографии визуализированной магнитной записи на магнитном диске (а) в области «а» магниточувствитетельная жидкость отсутствует, на область «б» жидкость нанесена; и на магнитной пленке (б) САРПП самолета ИЛ-76 увеличение 2х и 800х.

На фиг.2 - то же, проявление предварительно сошлифованных цифр на железной пластинке с помощью разработанной магниточувствительной суспензии.

На фиг.3 - то же, визуализация дефектов намагничивания ферритового магнита.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного выполнения способа приготовления магниточувствитсльной жидкости для визуализации магнитных полей записи и магнитографической дефектоскопии.

Пример. Небольшое количество (10-20 мл) магнитной жидкости, содержащей магнетит 15%, керосин 82% и олеиновую кислоту 3%, помещенное в чашку Петри, высушивается в течение нескольких дней (около 72 часов) при комнатной температуре. Сухой остаток измельчается в ступке до получения порошка, размер частиц которого контролируется с помощью оптического микроскопа и по исследованию дифракционного светорассеяния взвесей таких частиц в жидкости. Средний размер магнитных частиц составлял 1-2 мкм и менее, в зависимости от длительности процесса дробления порошка. Несколько грамм (2-3 г) полученного таким образом порошка помещается в пробирку с дистиллированной водой (объемом 10 мл) с добавлением 0,2-0,3 мл олеата натрия для повышения коагуляционной устойчивости. Пробирка с полученной суспензией помещается в ультразвуковую ванну на 30 минут для дальнейшего диспергирования суспензии. Тонкий слой полученной магниточувствительной жидкости наносится кисточкой на носитель магнитной записи (магнитная дискета, магнитная лента, жесткий диск). Действие неоднородного магнитного поля приводит к возникновению пондеромоторной силы, действующей на намагниченные частицы , при этом последние перемещаются в сторону увеличения магнитной индукции, т.е. втягиваются и оседают в области более сильного поля, что и наблюдается визуально. На фиг.1 представлены фотографии магнитной записи на магнитном диске (а) и на магнитной ленте (б), используемой в устройствах автоматической регистрации параметров полета САРПП («черном ящике») самолета ИЛ-76, полученные после предварительной обработки диска и пленки разработанной суспензией (фотографии сделаны при использовании оптического микроскопа).

Пример. В кювету, представляющую собой алюминиевое кольцо диаметром 2 см, заклеенное с одной стороны тонкой пленкой, наливается тонкий слой (менее 1 мм) магниточувствительной жидкости. Кювета помещается на исследуемый ферромагнитный объект, намагничивающийся с помощью постоянного магнита. При намагничивании исследуемых объектов, имеющиеся в них дефекты приводят к появлению магнитных полей рассеяния. Пондеромоторные силы, действующие на взвешенные магнитные частицы магниточувствительной жидкости, приводят к втягиванию частиц в область более сильного магнитного поля вблизи дефектов. При этом наблюдаются магнитограммы исследуемых образцов. На фиг.2 показано проявление предварительно сошлифованных цифр, выбитых на металлической подложке, а на фиг.3 - визуализация дефектов намагничивания ферритового магнита.

Таким образом, предлагаемый способ приготовления магниточувствительной суспензии позволяет быстро, эффективно и просто приготовить жидкость для визуализации магнитных полей записи и магнитографической дефектоскопии.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- уменьшение материальных и временных затрат;

- позволяет получить устойчивую магниточувствительную жидкость, имеющую более длительный срок хранения;

- свойства магниточувствительной жидкости восстанавливаются простым встряхиванием;

- более высокая разрешающая способность.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для визуализации магнитных полей записи при магнитографической дефектоскопии и феррографии. Технический результат состоит в уменьшении материальных и временных затрат, увеличении устойчивости, срока годности и разрешающей способности магниточувствительной жидкости. Для приготовления магниточувствительной суспензии магнитную жидкость типа магнетит в керосине высушивают в течение длительного времени при комнатной температуре. Измельченный сухой остаток добавляется в воду, после чего осуществляется ультразвуковое диспергирование с добавлением поверхностно-активного вещества (олеат натрия) для предотвращения коагуляции. Тонкий слой магниточувствительной суспензии наносится на носитель магнитной записи. Действие неоднородного магнитного поля приводит к возникновению пондеромоторных сил, действующих на намагниченные частицы. Последние перемещаются в сторону увеличения магнитной индукции, т.е. втягиваются и оседают в области более сильного поля, что и наблюдается визуально. При магнитографической дефектоскопии в кювету в виде алюминиевого кольца диаметром 2 см, заклеенного с одной стороны тонкой пленкой, наливается тонкий слой магниточувствительной суспензии. Она помещается на исследуемый ферромагнитный объект, намагничивающийся с помощью постоянного магнита. При этом наблюдаются магнитограммы исследуемых образцов. 3 ил.

Способ изготовления магниточувствительной суспензии для визуализации магнитных полей записи и магнитографической дефектоскопии, включающий магниточувствительную жидкость для визуализации магнитных полей записи, содержащую магнетит 15%, керосин 82% и олеиновую кислоту 3%, отличающийся тем, что ее высушивают при комнатной температуре в течение 72 ч, с дальнейшим дроблением полученного сухого остатка в ступке в течение 10-15 мин, взвесь которого массой 2-3 г в воде, объемом 10-20 мл подвергается диспергированию в ультразвуковой ванне при добавлении олеата натрия в количестве 0,2-0,3 мл на 10 мл воды.