Верификация исполнительной зоны магнитометра с использованием дисперсных феррозондов

   Цели. Дисперсные (в частности порошковые) материалы, обладающие магнитоактивными свойствами, находят применение в решении самых разных прикладных и научных задач. Однако для изучения их магнитных
свойств по-прежнему актуальной остается задача выверенной настройки устройства-магнитометра (обычно пондеромоторного типа), прежде всего, идентификации исполнительной зоны, предназначенной для дислокации изучаемого образца.

   Цель работы – посредством разработанного измерителя магнитной силы установить, остается ли неизменным местоположение в магнитометре его исполнительной зоны с использованием в качестве феррозонда разных проб дисперсного материала.

   Методы. Для прямых измерений магнитной силы применялся разработанный метод – посредством принудительного перемещения (между полюсами-полусферами магнитометра) шарообразного феррозонда в виде порошковой среды.

   Результаты. В магнитометре с полюсами диаметром 184 мм, расположенными на расстоянии 28 мм друг от друга, посредством разработанного измерителя магнитной силы проведены серии экспериментов (при разных значениях намагничивающей силы) с использованием четырех типов порошков (на основе железа и никеля) в качестве феррозондов. Установлены координатные характеристики (по виду – экстремальные) этой силы, что позволило идентифицировать исполнительную зону магнитометра в его «щелевой» области между полюсами. Проведена серия аналогичных экспериментов с использованием порошка дефектоскопии и порошка, состоящего из феррочастиц-примесей чая. Выполнен анализ полученных экспериментальных данных.

   Выводы. Разработан специальный измеритель для проведения прямых измерений магнитной силы в неоднородном поле устройства-магнитометра с полюсами-полусферами. С использованием модельных порошковых сред (на основе железа и никеля) подтвержден экстремальный вид координатных характеристик магнитной силы, что позволило решить актуальную задачу идентификации исполнительной зоны, предназначенной для дислокации дисперсного образца с целью изучения его магнитных свойств. Серия аналогичных экспериментов с использованием образцов магнитоактивного порошка для дефектоскопии и порошка с ферропримесями, извлеченными ранее из чая, верифицирует положение исполнительной зоны.

1. Habibi S., Bautista A.M., Bryant S.L., Shor R.J., Giovanniantonio N. A novel synthesis method of magnetic Janus particles for wastewater applications. J. Colloid Interface Sci. 2024;669:952–964. doi: 10.1016/j.jcis.2024.05.056

2. Raji Z., Karim A., Karam A., Khalloufi S. Adsorption of Heavy Metals: Mechanisms, Kinetics, and Applications of Various Adsorbents in Wastewater Remediation – A Review. Waste. 2023;1(3):775–805. doi: 10.3390/waste1030046

3. Wang N., Zhu L., Wang D., Wang M., Lin Z., Tang H. Sono-assisted preparation of highly-efficient peroxidase-like Fe₃O₄ magnetic nanoparticles for catalytic removal of organic pollutants with H₂O₂. Ultrasonics Sonochem. 2010;17(3):526–533. doi: 10.1016/j.ultsonch.2009.11.001

4. Байбуртский Ф.С., Сенатская И.И. Магнитные дисперсные материалы для записи и хранения информации. Аспирант и соискатель. 2023;6(139):45–65. doi: 10.25633/AS.2023.06.01, https://www.elibrary.ru/urqwbt

5. Abedini-Nassab R., Shourabi R. Bends in magnetophoretic conductors. AIP Advances. 2019;9(12):125121. doi: 10.1063/1.5114883

6. Sontheimer-Phelps A., Hassell B.A., Ingber D.E. Modelling cancer in microfluidic human organs-on-chips. Nat. Rev. Cancer. 2019;19(2):65–81. doi: 10.1038/s41568-018-0104-6

7. Неразрушающий контроль : справочник : в 7 т. Т. 4, кн. 2. Шелихов Г.С. Магнитопорошковый метод контроля. М.: Машиностроение; 2004. C. 227–566.

8. Отока А.Г., Холодилов О.В., Дашук П.А. Автоматизированный магнитопорошковый контроль колесных пар с использованием систем видеонаблюдения и нейросетевых технологий. Механика. Исследование и инновации. 2023;16: 153–158. https://elibrary.ru/nrxphi

9. Wu Q., Dong K., Qin X., Hu Z., Xiong X. Magnetic particle inspection: Status, advances, and challenges – Demands for automatic non-destructive testing. NDT and E International. 2024;143:103030. doi: 10.1016/j.ndteint.2023.103030

10. Van de Loosdrecht M.M., Draack S., Waanders S., Schlief J.G.L., Krooshoop H.J.G., Viereck T., Ludwig F., ten Haken B. A novel characterization technique for superparamagnetic iron oxide nanoparticles: The superparamagnetic quantifier, compared with magnetic particle spectroscopy. Rev. Sci. Instrum. 2019;90:024101. doi: 10.1063/1.5039150

11. Скирдин К.В., Дорожкин К.В., Казьмина О.В. Влияние магнетита на радиопоглощающие свойства пористого стеклокомпозита в высокочастотной области. Стекло и керамика. 2022;95(5-1133):22–30. doi: 10.14489/glc.2022.05.pp.022-030

12. Мусатов В.И., Федулов Ф.А., Савельев Д.В., Болотина Е.В., Фетисов Л.Ю. Нелинейный магнитоэлектрический эффект в кольцевой композитной гетероструктуре. Russian Technological Journal. 2023;11(5):63–70. doi: 10.32362/2500-316X-2023-11-5-63-70

13. Chen L., Xiong D., Huang H. Pulsating high-gradient magnetic separation of fine hematite from tailings. Mining, Metallurgy & Exploration. 2009;26(3):163–168. doi: 10.1007/BF03402230

14. Li S.Q., Wang M.F., Zhu Z.A., Wang Q., Zhang X., Song H.Q., Cang D.Q. Application of superconducting HGMS technology on turbid wastewater treatment from converter. Sep. Purif. Technol. 2012;84:56–62. doi: 10.1016/j.seppur.2011.09.034

15. Wang F., Tang D., Gao L., Dai H., Jiang P., Lu M. Dynamic capture and accumulation of multiple types of magnetic particles based on fully coupled multiphysics model in multiwire matrix for high-gradient magnetic separation. Adv. Powder Technol. 2020;31(3):1040–1050. doi: 10.1016/j.apt.2019.12.020

16. Kheshti Z., Azodi Ghajar K., Altate A., Kheshti M.R. High-gradient Мagnetic Separator (HGMS) combined with adsorption for nitrate removal from aqueous solution. Sep. Purif. Technol. 2019;212:650–659. doi: 10.1016/j.seppur.2018.11.080

17. Maciaszek R., Kollár P., Birčáková Z., Tkáč M., Füzer J., Olekšáková D., Volavka D., Samuely T., Kováč J., Bureš R., Fáberová M. Effects of particle surface modification on magnetic behavior of soft magnetic Fe@SiO₂ composites and Fe compacts. J. Mater. Sci. 2024;59:11781–11798. doi: 10.1007/s10853-024-09881-1

18. Никифоров В.Н., Гольдт А.Е., Гудилин Е.А., Средин В.Г., Ирхин В.Ю. Магнитные свойства наночастиц маггемита. Известия РАН. Серия физическая. 2014;78(10):1330–1335. doi: 10.7868/S0367676514100147

19. Каргин Д.Б., Конюхов Ю.В., Бисекен А.Б., Лилеев А.С., Карпенков Д.Ю. Структура, морфология и магнитные свойства нанопорошков гематита и маггемита, полученных из прокатной окалины. Известия вузов. Черная металлургия. 2020;63(2):146–154. doi: 10.17073/0368-0797-2020-2-146-154

20. Mosleh N., Insinga A.R., Bahl C.R.H., Bjørk R. The magnetic properties of packings of cylinders. J. Magn. Magn. Mater. 2024;607(3):172391. doi: 10.1016/j.jmmm.2024.172391

21. Римский Г.С., Янушкевич К.И., Руткаускас А.В. Кристаллическая структура и магнитные свойства твердых растворов замещения Ni_1–xMxMnSb (M = Gd, Tm). Неорганические материалы. 2022;58(6):583–588. https://elibrary.ru/aenfyq

22. Petersson L., Ehrenberg А.В. Highly sensitive Faraday balance for magnetic susceptibility studies of dilute protein solutions. Rev. Sci. Instrum. 1985;56(4):575–580. doi: 10.1063/1.1138291

23. Slobinsky D., Borzi R.A., Mackenzie A.P., Grigera S.A. Fast sweep-rate plastic Faraday force magnetometer with simultaneous sample temperature measurement. Rev. Sci. Instrum. 2012;83:125104. doi: 10.1063/1.4769049

24. Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Ершова В.А., Сандуляк Д.А. Способ магнитно-реологического контроля магнитной восприимчивости частицы : пат. 2753159 РФ. Заявка № 2020143220; заявл. 27. 12. 2020; опубл. 12. 08. 2021. Бюл. 23.

25. Сандуляк Д.А. Варианты магнитно-реологического метода контроля магнитной восприимчивости одиночной частицы. Известия вузов. Приборостроение. 2024;67(7):599–608. doi: 10.17586/0021-3454-2024-67-7-599-608

26. Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н., Сандуляк Д.А., Киселев Д.О. Устройство для создания и диагностики зоны стабильной неоднородности магнитного поля : пат. 2737609 РФ. Заявка № 2020121691; заявл. 30. 06. 2020; опубл. 01. 12. 2020. Бюл. 34.

27. Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Ершова В.А., Сандуляк Д.А., Полисмакова М.Н. Магнитометр для реализации экспресс-метода магнитно-реологической диагностики магнитных свойств частицы : пат. 2796798 РФ. № 2022126501; заявл. 11. 10. 2022; опубл. 29. 05. 2023. Бюл. 16.

28. Сандуляк Д.А., Харин А.С., Сандуляк А.А., Сандуляк А.В., Полисмакова М.Н. Способ диагностики исполнительной зоны магнитометров пондеромоторного и магнитно-реологического типов : пат. 2837068 РФ. Заявка № 202412899; заявл. 27. 09. 2024; опубл. 25. 03. 2025. Бюл. 9.

29. Сандуляк Д.А., Сандуляк А.В., Харин А.С., Сандуляк А.А., Соловьев И.А. Определение магнитных свойств материала ферромагнетика диагностикой его шарообразного образца. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2024;3:1–8. https://elibrary.ru/txkcyj

30. Сандуляк Д.А., Харин А.С., Сандуляк А.А., Полисмакова М.Н., Сандуляк А.В., Головченко Д.А., Косенков А.Д. Метод идентификации рабочей зоны стабильности магнитной силы в магнитометре контроля восприимчивости частиц. Научное приборостроение. 2025;35(1):78–84. https://elibrary.ru/zmrwtz