The influence of heat treatment and plastic deformation on the electrical and mechanical properties of CuAg alloys for the construction of high-field bitter type electromagnets

La influencia del tratamiento térmico y la deformación plástica en las propiedades eléctricas y mecánicas de las aleaciones CuAg para la construcción de electroimanes de tipo amargo de alto campo

Las aleaciones Cu-Ag pueden utilizarse en forma de láminas para la construcción de imanes de tipo amargo. El artículo presenta los resultados de estudios de laboratorio sobre la obtención de lingotes de aleaciones Cu-(1÷7wt.%)Ag, el tratamiento en solución y el proceso de envejecimiento y laminación. Se ha demostrado la influencia de diferentes tratamientos térmicos y deformaciones plásticas en las propiedades mecánicas y eléctricas. También se presenta el análisis microestructural de fundiciones y chapas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM).

INTRODUCCIÓN

El artículo presenta una parte de los resultados de la investigación sobre el diseño de nuevos materiales que podrían utilizarse en la construcción de electroimanes Bitter que generan un fuerte campo magnético. El electroimán tipo Bitter (primer diseño de F. Bitter en 1936) consiste en discos metálicos y espaciadores aislantes dispuestos en espiral colocados en un cuerpo de acero que refuerza la estructura [1]. Los electroimanes de tipo Bitter que se utilizan en la actualidad están hechos principalmente de chapas de cobre perforadas, redondas, con un agujero en el centro que trabajan con refrigeración constante por agua a 40-50 °C generando un campo magnético de aproximadamente 30 Tesla [2-3]. Los orificios de la chapa permiten refrigerar eficazmente el electroimán. Los altos valores del campo magnético generados por la corriente eléctrica de alta intensidad que fluye a través del electroimán dan lugar no sólo a una gran cantidad de calor de Joul, sino también a la inducción irregular de valores muy altos de fuerzas de Lorentz que pueden conducir a la destrucción de las placas y, por tanto, de toda la estructura [4-5]. Se espera que el material dedicado a la fabricación de las placas tenga una alta resistencia mecánica capaz de transferir fuerzas magnéticas de tracción y simultáneamente una alta conductividad eléctrica, permitiendo al electroimán obtener una mayor potencia limitando al mismo tiempo los efectos térmicos [6-8].

La generación de un campo magnético de valor superior a los 30 Tesla que se obtienen actualmente puede ser posible mediante la modificación de la construcción del electroimán o utilizando nuevos materiales con un conjunto de propiedades operativas superiores a las del cobre comúnmente utilizado [9-11]. Tales requisitos pueden cumplirse mediante placas fabricadas, por ejemplo, con aleaciones de Cu-Ag debido a las elevadas propiedades mecánicas y eléctricas que se consiguen con estas aleaciones, pero también a una elevada resistencia a la fatiga, al impacto y al calor.