Магнітотверді матеріали

Магнітотверді матеріали використовують для виготовлення постійних магнітів, в яких у зазорі необхідно одержати найбільшу потужність магнітного потоку.

Постійні магніти виготовляються з твердих загартованих сталей, безвуглецевих старіючих сплавів або пресуються і спікаються з найдрібніших порошків. Вони повинні мати наступні властивості: як можна більшу магнітну енергію (ВН)_max; високу і стійку коерцитивну силу Н_с, яка запобігає їх розмагнічуванню; високе залишкове намагнічування – залишкову індукцію В_r; не міняти своїх властивостей впродовж часу.

Найбільша трудність для магнітнотвердих матеріалів обумовлена отриманням високої коерцитивної сили Н_с, підвищенню якої сприяють внутрішні напруги третього роду, які врівноважуються в об’ємах порядку однієї елементарної кристалічної комірки та викликають місцеві викривлення кристалічної гратки та неоднорідність структури. Місцеві викривлення кристалічної гратки – які є енергетичними бар’єрами – збільшують втрати на гістерезис, що збільшує коерцитивну силу Н_с.

Тому найвигіднішою структурою з підвищеною напругою третього роду у сталі для постійних магнітів буде мартенсит з частками цементиту або карбідів, яку отримують після гартування та старіння. Наприклад, високовуглецева хромиста сталь для постійних магнітів (1%С, 3,3%Сr), яка відрізняється значною стійкістю аустеніту і гарною прокалюємістю; її піддають гартуванню при 850°С в олії і старінню при 100°С впродовж 5 годин. При цьому отримують достатню коерцитивну силу і залишкову індукцію.

Високі магнітні властивості мають сплави Fe-Ni-Co, які інакше називають сплавами типу альніко або ЮНДК (таблиця 8.13).

Маркують ці сплави тими ж літерами, що і сталі. Недоліком сплавів типу альніко є їх висока твердість, крихкість і погана оброблюваність. Тому магніти з них виготовляють литими і оброблюють шліфовкою. Термічна обробка складається з гартування з температури 1250-1280°С з певною для кожного сплаву швидкістю охолодження і відпуску при 580-600°С. Магнітні властивості можна покращити, якщо охолодження після гартування проводити у сильному магнітному полі.

Для виготовлення невеликих і точних за розмірами магнітів зі сплаву типу альніко використовують методи порошкової металургії. За складом спечені сплави є близькими до литих, вони легше оброблюються, але за магнітними властивостями дещо їм поступаються.

Дуже якісні, але дорогі магніти виготовляють зі сплавів з високим вмістом кобальту, який складає 25-50%. Ці сплави відомі під назвою пермендур (50% Fe, 50% Co), пермінвар (45% Ni, 25% Co, 23% Fe). Їх, як правило, легують невеликими добавками Mo, V або Cr. Відносно недавно розроблений сплав гіперко 5-HS містить 2% V, 48,5% Co, інше – залізо.

До групи сплавів системи Fe-Cr-Co належить один з найновіших сплавів, так званий, кровав, який здатний замінити сплав типу альніко. В останні роки створені нові матеріали з використанням рідкоземельних матеріалів, таких як самарій, неодим. Для підвищення магнітних властивостей магнітнотверді сплави повинні мати нерівноважну структуру, яка характеризується значними внутрішніми напруженнями, і дрібне зерно.

Таблиця 8.13– Хімічний склад і магнітні властивості деяких литих сплавів типу альніко для постійних магнітів

Це необхідно враховувати при розробці технології порошкового спікання і термічної обробки.

Сплави постійних магнітів класифікують за технологією виробництва: сплави, що деформуються, литі, спечені сплави і пресмагніти.

До магнітних сплавів, що деформуються, відносяться сталі ЕХЗ, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2.Літера Е позначає магнітотверду сталь. Усі сталі містять 1% С та застосовуються для виготовлення невідповідальних магнітів масового виробництва. До цієї групи відносяться також сплави, що практично не містять вуглець: це системи Fе-Со-Мо (комоль), Сu-Nі-Со (куніко), Fе-V-Со (вікалой).Ці сплави мають високу пластичність і з них легко одержати напівфабрикат у виді дроту, стрічки й штаби. Ці сплави застосовують для активної частини роторів гістерезисних двигунів, стрічок і дротів для магнітного запису, магнітів складної форми і тонких стрілок.Високі магнітні властивості цих сплавів можуть бути отримані двома способами:

1. Загартування з однофазної області g-розчину, а потім відпуск при 600°С. При відпуску з аустеніту виділяються дисперсні частки феромагнітної a-фази, які розташовані в немагнітній матриці.

2. Холодна деформація (більше 90%) загартованого сплаву. Після гартування сплав має структуру g-фази, яка в результаті холодної деформацій перетворюється на a-фазу. Під час старіння a-фаза знову частково перетворюється на g-фазу. Отримана гетерогенна структура забезпечує високі магнітні властивості.

Литі сплави.До цієї групи відносяться найбільш поширені сплави для постійних магнітів на основі системи Fе-Nі-АІ: 15-25 % Ni і 8-15 % Аl із додатковим введенням кобальту, міді і ін. компонентів.

Більш 80% кількості постійних магнітів виготовляють із сплавів даної системи. Ці сплави крихкі і застосовуються лише в литому стані.

Спечені сплави.Дрібні магніти виготовляють методом спікання. Використовують порошки заліза, нікелю, алюмінію і інші легуючі елементи. Ретельно перемішані порошки пресують відповідно до форми виробу і спікають при температурах вище 1300°С в атмосфері водню, або високого вакууму для запобігання окислювання. Магніти зі спечених матеріалів мають переваги в порівнянні з литими: вони не утворюють усадочних раковин, мають високу міцність, забезпечують більш точні розміри, а також кращу якість поверхні.

Найбільш широке застосування одержали барієві ферити (ВаО*6Fе₂0₃). Застосовують кобальтові й свинцеві ферити.

Нові магнітні матеріали — з'єднання РЗМ із кобальтом, залізом, хромом. Наприклад: Sm(СоСu)₅. Магніти з цих сплавів частіше за все виготовляють пресуванням подрібненого сплаву в магнітному полі.

Поиск по сайту: