作者：武汉大学 刘静，杜凤牡，徐约黄

磁声发射（Magento Acoustic Emission 简称MAE）是铁磁材料在交变磁场作用下所释放的弹性波。Ono等〔1，2〕　对MAE进行曲了较系统的研究，提出 磁声发射的峰值输出可表示为∨ p=C△ε*△∨*／T
式中C为常数，△ε*是在磁畴体积变化△∨*是产生的非弹性应张量，T是△ε*的上升时间，根据上式他们断定，只有900磁畴壁运动才会产生非弹性应变，因此才有磁声发射，而1800磁畴壁为主的取向硅钢片仍有较强的磁声发射，郭盈等〔4〕　进一步从特大晶粒的HIB硅钢片中用线切割割出单颗晶粒，其中只含1800磁畴壁的几个试样均有明显的磁声发射，从而提出，1800磁畴壁运动对磁声发射有贡献。CO是密排六方结构的铁磁性材料，易磁化方向为[0001]方向，公认吸存在1800磁畴壁，有人曾预言CO不产生磁声发射〔5〕。本文对CO进行测量，以验证1800磁畴壁运动对磁声发射的贡献，进一步探讨磁声发射的源及其机制，同时测量了Barkhausen噪音（简称BN），BN表征磁畴壁运动在探头线圈内产生的感应电动势。
1 实验方法
CO试样由武汉冶金研究所提供，CO含量99.87%,片状,厚度为2.4mm。测量前在8000C的箱式炉内保温7h，空冷，剥去黑色氧化皮，用电火花线切割成185×21mm的长条形。测量时与U形轭铁构成封闭磁路，磁化电流由经调压器变压的市电提供。试样上紧密缠绕直径0.07mm的漆包线作为磁感应线圈，其感应信号Db/dt经积分放大、整流、滤波后输入X-Y函数记录仪的Y轴，其X轴则输以与磁化电流有效传值成正比的直流电压信号，磁化电流由小变大便可以作出磁化曲线。图1绘出了测量磁声发射、表面BN信号、磁化曲线及磁滞回线的线路图，图中“探头”可以是共振型声发射探头，也可以是线圈型Barkhausen探头。

图1 磁化曲线,磁滞回线,磁声发射及BN信号测量线路图
磁声发射信号由D/ES9204共振型探头接收，经前置放大器，滤波放大器之后，输到丹麦BK公司生产的4429型声发射脉冲分析仪，频率范围选在100至2000KHZ，测量每秒的加权振铃计数率。将经前置放大器放大的信号输至HP公司生产的400D型均方根电压表，测量信号的均方根电压∨rms;输到SFW-01型多功能声发射分布特性测量仪，则可得到幅度与脉冲 分布。
将小尺寸CO试片经金相磨光，电解抛光后，用粉纹法观察磁畴结构。

图2 Co在几种磁场强度下的磁滞回线
2 实验结果
测得CO在不同磁声强度下的磁滞回线如图2所示，从内至外磁场强度分别为8，18。3，38。2，68。5及103.5KA/m.磁化曲线的“拐膝”部位在30KA/m左右，但到100Ka/m还未饱和。

图3
从图3看到，CO在磁化至拐膝之前已有明显的磁声发射，以均方根电压表示的磁声发射值几乎与磁化曲线平行，以振铃计数率表示的值亦有接近平行关系。作为对比，图3中点线给出了BN随磁场强度的变化。CO在不同交变磁场下的磁声发射波形如图4所示，其幅度随磁场强度的增大而增大。
CO的磁声发射及Barkhausen噪音信号的幅度分布如图5所示，它们都有有如下特点：在低磁场下首先在低幅度出现一峰，随着磁场增大，在高幅处又出现一峰，在门限值不变的条件下，小幅度峰位置始终不变，但高幅度峰的峰位则随磁场强度的升高而向高幅度移动，门限升高时，峰向高幅度位移，BN信号的幅度分布有类似的规律，只是二峰的距离较宽，这一规律与Fe-Si合金磁声发射幅度分布的特性完全相同。
CO的磁畴结构如图6所示，图6a右侧中磁化矢量与纸面的夹角较图6b中大部分区域大，在图6b中的晶界处可以看到封闭畴。

图4 Co在不同磁场强度下的MAE波形

3 讨论
从实验结果看到，尽管CO中只有1800磁畴壁，但是在交变磁场作用下仍然可以释放弹性波，产生足够强的磁声发射，其信号强度与磁感强度随磁场的变化趋势相同，远在磁化至饱和之前或磁化至“拐膝”之前，声发射信号已十分明显，实验进一步证明，只具备1800磁畴壁的铁磁材料的磁声发射并不为零，1800磁畴壁的运动对磁声发射确有贡献。

图5
这一事实无法用Ono提出的模型来解释，我们认为CO的磁声发射信号来自磁畴壁自身的运动。公认磁畴壁的厚度约100nm，包括数百个原子层，壁内各层原子面的电子自旋矢量逐渐改变，图7示意1800Bloch磁畴壁内自旋矢量逐渐变化情形。由于磁晶各向异性，在外加磁场作用下，平行于磁化矢量方向的原子间距将与垂直方向不同，对于立方晶系，若前者由a 变化a+△a，则后者将由a 变化a- △a，同一磁畴壁内平行于畴壁的诸原子面，磁化矢量逐渐改变，同一取向上的原子间距亦逐渐转变，直至1800为止，当该原子面处于畴壁正中间时，面内电子自旋方向将与两侧磁畴内电子自旋方向垂直，它附近的原子面则渐渐偏离900。这时该原子面上的原子间距必然在磁致伸缩效应作用下面稍作调整，即产生应变，当1800畴壁完全通过该原子面时，面内原子间虎双恢复原状，应变完全消失，推而广之，磁畴壁 所经过的区域，所有原子面都将一一发生应变，因此必然放出一串弹性波，在交变磁场作用下畴壁来回振荡，自然会释放出一连串的弹性波，即有磁声发射，正如位错线扫过晶体会放出弹性波一样，不论900畴壁 还是1800畴壁运动都会如此。

图6 Co的磁畴结构
归纳起来，磁声发射有以下三类源；第一类是由磁畴壁自身的运动所释放的弹性波；第二类是Ono提出 的由900畴壁位移时磁畴体积变化而产生的弹性波;第三类由磁化矢量转动所致,图8示意前两类磁声发射源的区别,磁畴内的双箭头表示磁化矢量的方向,上方的横线表示应变,图8a是Ono提出的位移模型，应变只产生于以900畴壁隔开的相邻两面三刀磁畴之间，图8b是我们提出 的磁声发射源，应变产生在畴壁内，只要畴壁运动就会放出弹性波，徐约黄等给出了这三类源的表达式。

图7 磁畴壁横型
幅度分布的特征可以作如下解释：低能量的第一一峰对应于畴壁 克服障碍开始作不可逆运动的本征能量，该能量不随外加磁场强度而改变；高幅度峰则对应于畴壁的快速运动与磁化矢量转动，磁场强度加大，畴壁 运动加快，故峰向高幅度移动。鉴于900与1800畴壁 运动时能量相近，故这两峰同时代表900及1800畴壁运动的特征。

图8 两类磁声发射源
（a）位移模型 （b）磁畴壁模型
4 结论
（1） 只含1800磁畴壁的CO在交变磁场作用下能产生明显的磁声发射，这是畴壁内的应变所导致的。
（2） 磁声发射的源可以分为三类：一是畴壁内部的应变，二是相邻畴之间的应变（只限于以900畴壁相隔的相邻畴），三是磁化矢量转动所造成的应变。