Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 [ 87 ] 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

обработки. Наиболее эффективным легирующим элементом является углерод, предельная растворимость которого в t-фазе не превыщает 1 %. Его положительное влияние на магнитные свойства (сплав 2) связывают с повыщением стабильности т-фазы и измельчением зерна исходной структуры при вьщелений карбидов типа MhjAIC. При механическом измельчении литых сплавов, когда размер частиц порошка становится сравнимым с размером зерен х-фазы (около 10 мкм), резко увеличивается коэрцитивная сила порошковых магнитов (сплав 3), что связывают с увеличением плотности дефектов кристаллической структуры в результате пластической деформации при дроблении. Сочетание рационального легирования с пластической деформацией (с обжатием до 35 %) путем гидроэкструзии после закалки (сплав 4) или проведение термомеханической обработки на монокристалле е-фазы в процессе отпуска при 560 °С (сплав 5) приводят к существенному увеличению остаточной индукции и магнитной энергии. Положительное влияние пластической деформации в последних двух сплавах связывают с измельчением зерна т-фазы и созданием кристаллической текстуры, которая еще недостаточно совершенна из-за механического двойникования при деформации. Таким образом, совершенствование кристаллической текстуры в легированных сплавах можно считать основным направлением дальнейшего увеличения их магнитных свойств.

Магнитотвердые сплавы в системах Co-Pt и Fe-Pt [1]

Высококоэрцитивное состояние в сплавах Со-Pt обусловлено наличием в структуре упорядоченной у-фазы с фанецентрированной тетрагональной кристаллической решеткой (ГЦТ) и отношением с/а = 0,979. Фаза y.jy образуется в сплавах с 28...58 % (ат.) Со при температурах ниже 825 °С в процессе упорядочения высокотемпературной у-фазы с ГЦК решеткой. Фаза yj.y - магнитно-одноосна с высокой константой кристаллической анизотропии А , = ЮДж/м. Высокие магнитные свойства возникают в сплавах вблизи эквиатомного состава после охлаждения из однофазной у-области с некоторой критической скоростью (1...5°С/с) и последующего отпуска при 650 °С. Структура сплавов в этом состоянии характеризуется смесью высокоанизотропных частиц у-фазы и частиц у-фазы с высокой намагниченностью насыщения. Из анализа кривых крутящего момента можно предполагать, что высокая коэрцитивная сила обусловлена, главным образом, большой константой одноосной анизотропии у-фазы и ее перемагничиванием путем вращения вектора намагниченности.

Лучшие свойства (5= 0,79 Тл, g = 316 кА/м и {ВЩ = 94 кДж/м) были получены на поликристаллическом сплаве с 25 % (масс.) Со. Использование монокристаллических магнитов позволяет получать вдоль направления [111] магнитную энергию до 112кДж/м (более 14 МГс-Э) при коэрцитивной силе до 560 кА/м (7000 Э). Высокие магнитные свойства могут быть получены также на двойных сплавах Fe-Pt и Fe-Pd. В результате сочетания холодной пластической деформации с последующим отпуском на сплавах Fe-Pt получена магнитная энергия до 80 кДж/м, а на сплавах Fe-Pd - до 30 кДж/м-.

Высокие магнитные свойства могут быть получены также на сплавах Co-Pt и Fe-Pt, находящихся в однофазном состоянии при размерах кристаллитов упорядоченной у.-фазы не менее 0,1 мм, образующихся на поздних стадиях упорядочения. В результате упорядочения у (ГЦК) в Уту Фззе возникает специфическая полидвойниковая микроструктура, которая представляет собой полидвойниковые пластины толщиной до 0,5 мкм, состоящие из кристаллических микродоменов (С-доменов) двойниковой ориентации толщиной 10...100нм. Соседние С-домены в полидвойниковых пластинах сопрягаются друг с другом по одной из шести плоскостей типа {110}, образуя двойниковые когерентные фаницы. При этом тетрагональные оси (являющиеся осями легкого намагничивания) в соседних С-доменах разориентированы на угол 90°. Регулярной двойниковой микроструктуре соответствует регулярная магнитная доменная структура. С-домены одновременно являются магнитными микродоменами, разделенными малоподвижными 90-градусными доменными фаницами. Кроме того, внутри кристаллических С-доменов возникает макродоменная магнитная структура со 180-градусными доменными границами. В результате взаимодействия доменных фаниц двух типов смещение 180-фадусных фаниц происходит в достаточно больших полях, что и обусловливает высокие значения коэрцитивной силы в сплавах с однофазной структурой. С реализацией регулярной структуры полидвойниковых кристаллов связано высококоэрцитивное состояние, полученное на сплаве Fe с 38,5 % (ат.) Pt после длительного отпуска (около 100 ч) при 500 °С: В= 1,08 Тл, Я = 340 кА/м, (5Я) = 159кДж/м1 Высокая пластичность и коэрцитивная сила сплавов этой группы позволяет изготавливать из них детали любой конфигурации и размеров (включая проволоку и фольгу микронных толщин) ддя сверхминиатюрных магнитных систем с отношением высоты к диаметру меньше единицы. Однако высокая стоимость сплавов и появление магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений РЗМ с более



ВЫСОКИМИ магнитными свойствами значительно снизило интерес к их исследованию и практическому использованию в качестве постоянных магнитов. Тем не менее в последние годы стали появляться работы, в которых исследуются структура и свойства тонких пленок, легированных Zr, Ag, Nb и другими элементами, напыленных на различные подложки, свойства композиционных многослойньгх пленок и наночастиц [3]. На тонких напьшенных пленках Fe5oPt49 jNbg g, состоящих из упорядоченной у.-фазы и неупорядоченной у-фазы, получены высокие магнитные свойства: = 1,22 Тл, = 345кА/м, (fi ) = 245 кДж/м. Столь высокие свойства связывают с нанокристаллическим строением пленок и межзеренным взаимодействием между у- и у-фазами. Подобные пленки являются прекрасным материалом для сверхплотной перпендикулярной магнитной записи.

Магнитотвердые материалы на основе соединений редкоземельных металлов и ЗФпереходных металлов

Трудно переоценить тот революционный скачок в области магнитотвердых материалов, который произошел при появлении новых материалов для постоянных магнитов на основе соединений редкоземельных и З-переходных металлов. После появления в конце 60-х годов в российской периодической литературе по химии неорганических материалов сообщения о новых соединениях, обладающих необычайно большой кристаллической магнитной анизотропией, бьши опубликованы тысячи работ по исследованию магнитных свойств этих соединений. В 70-х годах К. Стрнатом была запатентована технология получения спрессованных порошковых магнитов из соединения SmCoj. По предлагаемой технологии сгшав стехиометрического состава измельчался до среднего размера частиц около 5 мкм (практически монокристаллического), что приводило к значениям коэрцитивной силы до 15 кЭ (в 5-10 раз более ранее достигнутых), затем порошок угшотнялся в присутствии магнитного поля для получения кристаллической текстуры, позволяющей получить остаточную индукцию 9...10кГс. Максимальная магнитная энергия достигла значения 18 МГс-Э.

В производстве постоянных магнитов произошел переход от литейной технологии к порошковой металлургии. Но изменились не только технологические приемы достижения высоких магнитных характеристик, принципиально расширились представления о природе высококоэрцитивного состояния, процессах перемагничивания и возникла возможность новых технических решений, в частности, использование метода закал-

ки из жидкого состояния, водородное диспергирование, применение способов интенсивной пластической деформации. Впервые появились пленочные постоянные магниты из этого соединения.

Существенным шагом в развитии технологии этого класса магнитов явилось использование спекания предварительно спрессованных и тек-стурованных заготовок. Использование жидкофазного (с наличием жидкой фазы), а позднее и твердофазного спекания повышало плотность магнитов, соответственно, плотность магнитного потока, в результате чего максимальная магнитная энергия магнитов достигает 20 МГс Э.

Спеченные постоянные магниты на основе соединения SmCoj

Получение сплава возможно или выплавкой в вакуумных индукционных печах их чистых компонентов, или методом прямого восстановления из оксидов. При обоих методах получения порошок перед прессованием промывается и просушивается. Средний размер частиц порошка 1...5MKM. Порошок текстуруется в магнитном поле с дополнительным уплотнением в режиме всестороннего сжатия. Спекание заготовок проводится при температуре 1120...1180 °С в течение 30...60 мин. Возможны комбинации смесей порошка для проведения жидкофазного или твердофазного спекания. Термическая обработка заключается в охлаждении заготовок с температуры спекания до 850...950 °С со скоростью 1,5°С/мин, вьщержке 15...30 мин и дальнейшем охлаждении со скоростью выше 150°С/мин. Режим термообработки обусловлен метастабиль-ностью соединения SmCoj. Спекание и термообработку проводят в среде инертного газа. В качестве легирующих элементов используется лантан, вводимый как раскислитель. Для повышения остаточной индукции соединение SmCoj легируется празеодимом до соотношения Smg зРгд 5С05. По ГОСТ 21559-76 регламентировано производство сплавов, указанных в табл. 8.6.

Таблица 8.6. Магнитные характеристики сплавов на основе РЗМ

Сплав

Состав, %

Br Тл

кА/м

(BtOmax

кДж/м

Sm + Pr

КС37 КС37А КСП37 КСП37А

36,0...38,5 35,0...38,5

36,0...38,5 36,0...38,5

0,77 0,82 0,85 0,90

540 560 520 500

130 130 145



Существенным недостатком магнитов на основе SmCoj является большой, по сравнению с литыми магнитами системы Fe-Co-Ni-А1, температурный коэффициент магнитной индукции (ТКИ) в интервале температур 20...100 °С, а именно, 0,036...0,043 %/°С. В настоящее время разработаны композиции, в которых Sm замещается частично на тяжелые РЗМ, образующие с Со ферромагнетик с положительным ТКИ. На магнитах из сплава Shiq ззСёр 425С03 ТКИ равен 0,0015 %/°С в интервале 0...100°С при 5 = 0635 Тл; = 454кА/м, (5Я) = 74,4 кДж/м

Изоморфно-распадающиеся сплавы для постоянных магнитов на основе РЗМ

С целью повышения стабильности магнитных свойств используется тройная система Sm-Co-Cu. Введение меди приводит к реализации в сплаве изоморфного распада. В материалах этого типа высококоэрцитивное состояние обусловлено закреплением доменной стенки на мелких, соизмеримых с толщиной доменной стенки, включениях второй фазы. Легирование тройных сплавов Sm-Co-Cu железом и цирконием и изменение соотнощения РЗМ и переходного металла от RC05 в сторону R2T7 привели к созданию материала по магнитным характеристикам выше SmCoj и с высокой температурной стабильностью.

Сплав Sm(CoQggCuQ jFeo2ZrQQ2)7 4 имеет: В= 1,06 Тл, 5Я = 760кА/м, (ВН) = 225 кЦж/м при ТКИ в интервале температур 20...100°С, равный 0,02 %/°С.

Развитие многокомпонентных сплавов на основе РЗМ привело к существенному видоизменению технологии производства дисперсионно-твердеющих сплавов и приблизил ее к таковой для спеченных магнитов, поскольку измельчение и спекание позволяют получить наиболее однородную и мелкозернистую структуру. Проведение после спекания термической обработки в виде серии отпусков при температурах 600...800°С позволяет получить мелкодисперсные (толщиной порядка 100 ангстрем) однородные по размерам и плотности расположения выделения второй фазы.

Спеченные магниты на основе соединения Nd2Fej4B

Этапом в разработке магнитотвердых материалов было сообщение в 1984 г. о новом соединении Ncl2Fej4B, из которого бьши получены постоянные магниты с энергией более 30 МГс Э. Здесь необходимо отметить следующие обстоятельства: к моменту появления первых сведений о соединении Nd2Fej4B бьши изучены практически все системы


рЗМ-З-переходные, но свойств, более высоьсих, чем для соединения SmCo5, получено не бьшо. Тому имелись причины; из соединений типа RC05 только у соединения SmCoj бьша самая высокая константа магнитной анизотропии. Из соединений типа R2C017 у соединения с самарием была самая высокая намагниченность насыщения, но константа анизотропии бьша меньше, чем у SfflCoj, что не давало возможности получить высокое значение коэрцитивной силы. Почти все соединения РЗМ с железом, хотя и имели более высокое значение намагниченности, характеризовались отрицательным значением констант анизотропии, что исключало их использование как материала для постоянных магнитов. Использование в качестве третьего элемента соединения металлоида бора существенно изменило картину. Соединение Nd2Fe4B имеет сложную тетрагональную решетку (рис. 8.3). Каждый атом бора расположен в три-гональной призме, образованной атомами железа. Изменение межатомных расстояний между атомами железа привело к увеличению намагниченности соединения, а наличие тетрагональной кристаллической структуры - к появлению положительной одноосной магнитной анизотропии. Намагниченность насыщения соединения равна 1,6 Тл, температура Кюри 585 К, поле анизотропии 80 кЭ.

Высококоэрцитивное состояние обусловлено трудностью образования зародышей с обратным направлением вектора намагниченности в мелких монокристаллических частицах. Как по природе высококоэрцитивного состояния, так и по технологии изготовления сплав является аналогом соединения SmCoj. Вопрос уменьшения температурного ко-

ЭффициеНТВ индукции решаетх;я, так Fe;OFe.;CFey,; ФРеЛ;вРеЛ,;вРе;®Вг

же как и в случае SmCoj, легиро- ФNdfeмg

Ванием тяжелыми РЗМ. В настоя- Л,с. S.3. Кристаллическая структура со-

Щее время в России налажен на единения Nd2Fe,4B



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 [ 87 ] 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка