МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ  ЖИДКОСТИ  ДЛЯ  ВИЗУАЛИЗАЦИИ  ДЕФЕКТОВ

 

Шагрова Г. В.

 

Северо-Кавказский государственный технический университет.

Российская Федерация, Ставропольский край, г. Ставрополь,

355029, пр. Кулакова, д.2. E – mail: ist@stv.runnet.ru

 

В работе исследованы магниточувствительные жидкости, используемые для визуализации дефектов на поверхности изделий, способных намагничиваться в слабых магнитных полях. В качестве моделей дефектов выбраны записи звуковых сигналов и видеосигналов на магнит­ном носителе и также записывающие магнитные головки, имеющие дефекты. Распределение магнитных полей рассеяния для синусоидальной и цифровой записи известно, таким обра­зом, магнитная сигналограмма с известной длиной волны и известным уровнем записи мо­жет рассматриваться как простая модель дефекта.

В зависимости от пространственного распределения магнитных полей рассеяния вблизи дефекта, его размера и величины, магниточувствительные жидкости, применяемые для обна­ружения дефекта, должны иметь различные эксплуатационные характеристики. Такими ха­рактеристиками, удовлетворяющими определённым требованиям, являются чувствитель­ность и разрешающая способность, которые зависят от размеров и концентрации капель маг­нитной жидкости.

Использование магнитных жидкостей типа «магнетит в воде», магниточувствительных эмульсий для визуализации магнитной записи описано в работах [1 – 5]. Эксплуатационные характеристики этих жидкостей позволяют применять их либо для выявления дефектов, раз­меры которых меньше одного микрона, либо для определения дефектов – больше одного микрона. Однако при контроле качества изделия может возникнуть необходимость ком­плексного выявления дефектов как с размером больше одного микрона, так и меньше микрона, что усложняет процесс контроля.

Целью данной работы является разработка магниточувствительной жидкости позволяю­щей одновременно выявлять дефекты разных размеров. Такая жидкость должна обладать высокой разрешающей способностью и чувствительностью, иметь хорошую смачиваемость; позволять получать сухую визуализированную картину дефекта, иметь низкую вуаль.

В качестве образцов магниточувствительных жидкостей использованы два типа жидко­стей: магнитные жидкости с микрокапельными агрегатами и водные эмульсии магнитных жидкостей – магнетит в парафине.

Магниточувствительные жидкости с микрокапельными агрегатами получают, разбавляя концентрированную магнитную жидкость – магнетит в керосине с  концентрацией твёрдой фазы 20 объёмных % растворами олеиновой кислоты разной концентрации от 0 объёмных % до 25 объёмных % в керосине. Полученные образцы имеют концентрацию твёрдой фазы 1,3 объёмных %. В зависимости от требуемой разрешающей способности, изменяя концентра­цию ПАВ в составе разбавителя, удаётся получить датчики поля, которыми являются микро­капельные агрегаты, разного диаметра.

Качество магниточувствительной жидкости проверяют по её способности визуализиро­вать видеосигналограммы с максимальной плотностью записи 2000 переходов намагничен­ности на 1 мм (пн / мм), цифровые магнитные сигналограммы плотностью записи 700 пн / мм и с уровнем записи 0, – 10, – 20 дБ.

Магниточувствительная жидкость, с оптимальными для визуализации параметрами мик­рокапельных агрегатов получается, если использовать при разбавлении растворы олеиновой кислоты в керосине с концентрацией не более 10 объёмных %.

На рисунке 1 приведена фотография визуализированной с помощью магниточувствитель­ной жидкости с микрокапельными агрегатами, видеосигналограммы с дорожками сигналов яркости, цветности, временного кода и управления. На дорожках яркости и цветности на­блюдается дифракционное рассеяние света. На них ясно различимы участки с различной пе­риодической структурой, зависящей от длины волны записанного сигнала. Ниже дорожек яркости и цветности расположены соответственно дорожки записи сигналов управления и записи временного кода. Ширина дорожек сигналов управления и временного кода состав­ляет 484 ± 2 мкм. Длина волны записанного на этих дорожках сигнала больше длины волны света, поэтому на фотографии ясно различимы штрихи, количество которых, приходящееся на единицу длины носителя, равно числу записанных полуволн. Ширина дорожки записи сигналов цветности составляет 73 ± 2 мкм, яркости – 86 ± 2 мкм.

 

Рисунок 1. Визуализированная видеосигналограмма с помощью магниточувствительной жидкости с микрокапельными агрегатами.

Рисунок 2. Визуализированная видеосигналограмма  с помощью эмульсии магнитной жидкости – магнетит в парафине.

 

Для получения магниточувствительных жидкостей, представляющих собой эмульсии маг­нитных жидкостей в воде, использовались магнитные жидкости «магнетит в парафине» с различной концентрацией олеиновой кислоты (от 2 до 60 объёмных %).

Варьируя концентрацию олеиновой кислоты в составе исходной магнитной жидкости, оп­ределены оптимальные соотношения долей магнетита парафина и олеиновой кислоты, по­зволившие получить магниточувствительные жидкости, способные визуализировать намаг­ниченные дефекты, как больше, так и меньше одного микрона.

На рисунке 2 приведена визуализированная с помощью такой магниточувствительной жидкости видеосигналограмма с дорожками сигналов яркости, цветности и звуковой дорож­кой.

 

Клеевые швы Рабочий зазор Рисунок 3. Рабочая поверхность магнитной головки.

Рисунок 4. Фотография двулучепреломления света вблизи рабочего зазора магнитной головки.

 

Предлагаемые жидкости обеспечивают достаточную устойчивость изображения с целью документирования, высокую минимальную оптическую плотность фона (вуали) при доста­точно высокой контрастности изображения.

Таким образом, меняя структуру магниточувствительных жидкостей, можно управлять чувствительностью и разрешающей способностью магниточувствительных жидкостей, кон­тролируя их параметры по визуализированной магнитной сигналограмме с известной длиной волны записи и уровнем записи.

Для выявления дефектов магнитных головок использованы магниточувствительные жид­кости – магнетит в керосине с концентрацией твёрдой фазы 1,3 объёмных %. Жидкость на­носят непосредственно на исследуемую поверхность и сверху ограничивают покровным стеклом.

Фотография рабочей поверхности магнитной головки с рабочим зазором длиной 1,6 мм, собранная из 16 пермаллоевых пластин, склеенных между собой, приведена на рисунке 3.

При пропускании тока через магнитную головку, возникает магнитное поле, которое дей­ствует на магнитную жидкость, и вблизи рабочего зазора линейно поляризованный свет ис­пытывает двойное лучепреломление.

Таким образом, для определения дефектов используют явление двулучепреломления света, возникающее в тонком слое магниточувствительной жидкости при нанесении её на поверхность, что свидетельствует о намагниченном дефекте.

На рисунке 4 приведена фотография, на которой в поляризованном свете видно яркое све­чение вблизи рабочего зазора, характеризующее поле рассеяния магнитной головки. Как видно из рисунка, поле рассеяния не везде выходит на поверхность магнитной головки, сле­довательно и запись, выполненная магнитной головкой имеющей такой дефект, будет не ка­чественной. Поменяв плоскость поляризации, можно увидеть поле рассеяния вблизи клее­вого шва, фотография приведена на рисунке 5.

 

Поле рассеяния клеевого шва.         Рисунок 5. Поле рассеяния клеевого шва.

Рисунок 6. Отпечаток рабочего зазора на магнитном носителе, визуализированный с помощью магниточувствительной жидкости: а) запись, сделанная клеевым швом; б) запись, сделанная рабочим зазором магнитной головки   Рисунок 7. Поля рассеяния клеевых швов.

 

Как видно из приведённой на рисунке 5 фотографии в области клеевого шва наблюдается выход поля рассеяния на рабочую поверхность магнитной головки. Таким образом, магнит­ная головка имеет дефект, и в поляризованном свете хорошо видно поле рассеяния вблизи этого дефекта.

Для проверки влияния обнаруженного по двулучепреломлению дефекта на магнитную за­пись, сделан отпечаток рабочего зазора магнитной головки на магнитный носитель при токе записи меньше рабочего. Отпечаток рабочего зазора на магнитном носителе, визуализиро­ванный с помощью магниточувствительной жидкости приведён на рисунке 6.

На фотографии видно, что запись сделана не только полем рабочего зазора магнитной го­ловки, но и клеевым швом. Аналогичные дефекты клеевых швов других магнитных головок приведены на рисунках 7 и 8.

 

Рисунок 8. Поля рассеяния клеевых швов.

Рисунок 9. Отпечаток рабочего зазора, вы­полненный магнитной головкой, поля рас­сеяния клеевых швов которой приведены на рисунке 8:  а) запись, сделанная клеевым швом; б) запись, сделанная рабочим зазором магнитной головки.

 

С помощью магнитной головки, для которой поля рассеяния в области клеевых швов при­ведены на рисунке 8, сделан отпечаток рабочего зазора на магнитном носителе. Отпечаток рабочего зазора визуализирован с помощью магниточувствительной жидкости и приведён на рисунке 9.

Таким образом, можно исследовать влияние дефектов клеевых швов магнитопровода на поля рассеяния и выявить дефекты, влияющие на качество записи.

 

Библиографический список.

 

1.      Weis K. D., Shifur J. Ferrofluid studies of recorded data and defect identification in small high­per fourmauce rigid discs // Journal of Applied Physics, 1985, V. 57, № 8, P. 4274 – 4276.

2.      А. С. № 940049 (СССР), опубликовано в Б. И., 1982, № 24.

3.      А. С. № 9667354 (СССР), опубликовано в Б. И., 1982, № 38.

4.      Дроздова В. И., Епишкин Ю. С., Скибин Ю. Н. применение магнитных жидкостей для контроля магнитных головок // Тезисы докладов III всесоюзной школы-семинара по фи­зике магнитных жидкостей, Москва, МГУ, 1983, С.88 – 93.

5.      Дроздова В. И., Скибин Ю. Н., Чуенкова И. Ю. Оптимизация состава магниточувститель­ных жидкостей, применяемых в контроле магнитной записи // Тезисы докладов III всесо­юзной школы-семинара по физике магнитных жидкостей, Москва, МГУ, 1983, С.94 – 95.

6.      А. С. № 593241 (СССР), опубликовано в Б. И., 1982, № 24.