Magnetic After-Effect and Internal Friction as Quantitative Tools for the Analysis of Carbon and Nitrogen in α-Iron

Abstract

The high sensitivity of the magnetic after-effect (MAE) and internal friction (IF) on the presence of interstitially dissolved carbon (C) and nitrogen (N) in α-iron (Fe) is utilized for the quantitative analysis of corresponding impurity concentrations. The calibration of respective relaxation strengths is achieved, following precise chemical analyses of identically C- and N-doped Fe samples, under consideration of method-specific influences such as, i.e., texture of polycrystalline Fe samples (IF), geometry- and frequency-dependent demagnetizing factors and skin-effect (MAE). In agreement with theoretical calculations, the following strength parameters for IF and MAE of C and N, respectively, are determined: Q/cC ≃ Q/cN = 1.8 × 10−5 at ppm−1, and (Δr∞/r0)C/cC = 1.3 × 10−2 at ppm−1, (Δr∞/r0)N/cN = 0.65 × 10−2 at ppm−1, yielding detection limits, in the case of the MAE, of <0.1 at ppm. Die hohe Empfindlichkeit von magnetischer Nachwirkung (MNW) und innerer Reibung (IR) auf interstitiell gelosten Kohlenstoff (C) und Stickstoff in α-Eisen (Fe) wird zur quantitativen Konzentrationsbestimmung dieser Verunreinigungsatome eingesetzt. Die Eichung der entsprechenden Relaxationsamplituden erfolgte mit Hilfe praziser chemischer Analysen an identisch dotierten, polykristallinen Fe-Proben, unter Beachtung verfahrensspezifischer Einflusse, wie z. B. der Kristalltextur (IR) sowie der geometrie- und frequenzabhangigen Entmagnetisierungsfaktoren und Wirbelstromverluste (MNW). In Ubereinstimmung mit theoretischen Rechnungen werden fur IR und MNW von C und N jeweils folgende Amplitudenparameter bestimmt: Q/cC ≃ Q/cN = 1.8 × 10−5 at ppm−1, und (Δr∞/r0)C/cC = 1.3 × 10−2 at ppm−1, (Δr∞/r0)N = 0.65 × 10−2 at ppm−1, woraus sich - im Falle der MNW - eine Nachweisempfindlichkeit <0.1 at ppm ergibt.