Редкоземельных металлов 3d-переходных металлов.

Трудно переценить тот революционный скачек в области магнитотвердых материалов, который произошел при появлении новых материалов для постоянных магнитов на основе соединений редкоземельных и 3d-переходных металлов. В 70-х годах К.Стрнатом была запатентована технология получения спрессованных порошковых магнитов из соединения SmCo₅. По предлагаемой технологии сплав стехиометрического состава измельчался до среднего размера частиц около 5мкм (практически монокристаллического), что приводило к значениям коэрцитивной силы до 15 кЭ (в 5-10 раз более ранее достигнутых). Затем порошок уплотнялся в присутствии магнитного поля для получения кристаллической текстуры, позволяющей получить остаточную индукцию 9-10 кГс. Максимальная магнитная энергия достигла значения 18 МГсЭ.

Спеченные постоянные магниты на основе соединения SmCo₅

Получение сплава возможно или выплавкой в вакуумных индукционных печах их чистых компонентов или методом прямого восстановления из окислов. При обоих методах получения порошок перед прессованием промывается и просушивается. Средний размер частиц порошка 1-5 мкм. Порошок текстуруется в магнитном поле с дополнительным уплотнением в режиме всестороннего сжатия. Спекание заготовок проводится при температуре 1120-1180^оС в течение 30-60 минут. Возможны комбинации смесей порошка для проведения жидкофазного или твердофазного спекания. Термическая обработка заключается в охлаждении заготовок с температуры спекания до 850-950^оС со скоростью 1,5^оС/мин, выдержки 15-30 мин и дальнейшего охлаждения со скоростью выше 150^оС/мин. Режим термообработки обусловлен метастабильностью соединения SmCo₅. Спекание и термообработку проводят в среде инертного газа. В качестве легирующих элементов используется лантан, вводимый как раскислитель.

Таблица 4

Магнитные характеристики сплавов на основе РЗМ

Состав,% Br, Тл _BHc, кА/м (BH)_max,Дж/м³

Sm Sm+Pr

КС37 36,0-38,5 0,77 540 110

КС37А 35,0-38,5 0,82 560 130

КСП37 36,0-38,5 0,85 520 130

КСП37А 36,0-38,5 0,90 500 145

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.

Сплав Sm(Co_0,68Cu_0,1Fe_0,2Zr_0,02)_7,4 имеет: Br=1,06 Тл, _BHc=760 кА/м, (ВН)_мах=225кДж/м³ при ТКИ в интервале температур 20-100^оС, равный 0,02%/^оС. При такой технологии структура сплава состоит из нанокристаллических зерен ( рисунок 5).

Рис.5 ПЭМ-изображение микроструктуры сплава Sm(Co_balCu_0,07Fe_0,22Zr_0,04)_7,4

Спеченные магниты на основе соединения Nd₂Fe₁₄B .

Этапом в разработке магнитотвердых материалов было сообщение в 1984 году о новом соединении Nd₂Fe₁₄B, из которого были получены постоянные магниты с энергией более 30 МгсЭ.

На сплавах этой системы получены рекордные для настоящего времени значения максимальной магнитной энергии –более 400 кДж/м³ (50МгсЭ) В таблице 5. приведены свойства всех типов магнитов на основе соединений РЗМ.

Таблица 5.Свойства магнитов на основе соединений РЗМ

Быстрозакаленные сплавы основе соединения Nd₂Fe₁₄B

Введение бора- элемента, известного как способствующего аморфизации сплавов, привело к новому технологическому решению: получать мелко-кристаллическую структуру материала, а именно, через аморфное состояние. Охлаждение расплава на водоохлаждаемый барабан позволяло получать скорость охлаждения до 10⁶ К/с и получить сплав в аморфном состоянии. Схема установки для получения быстрозакаленного материала представлена на рис. 6.

Рис.6. Схемы получения магнитов методом быстрой закалки

Полученный аморфный полупродукт подвергают горячей пластической деформации, в результате которой происходит не только кристаллизация мелких частиц, но и возникает кристаллическая текстура в заготовке. Направление кристаллографических осей текстуры напрямую связано с видом пластической деформации. Например, при горячей прокатке по такой технологии получены магниты с (ВН)_мах=400 кДж/м³, Br =1,36 Тл, bHc=1000кА/м. Эта технология позволяет, используя экструдирование через кольцевую щель, получать магниты с радиальной текстурой и высокими свойствами вдоль радиуса кольцевого магнита ((ВН)_мах=29,8 МГсЭ при Br=11,2 Тл и bHc=10,5 кЭ.