МАТЕРІАЛИ З ОСОБЛИВИМИ МАГНІТНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ
Сплави з великим коефіцієнтом магнітострикції. Ці сплави застосовують для сердечників перетворювачей магнітних коливань в ультразвукові, для виготовлення ультра записуючих головок, в установках для обробки твердих матеріалів. Крім високо коефіцієнта магнітострикції ці сплави повинні мати малу коерцитивну силу та високий питомий електроопір.
Найбільшу магнітострикцію має нікель. Завдяки високій пластичності він застосовується в вигляді тонких листів (товщиною 0,1 мм і не менше); характеризується малим електроопором (0,08 мкОм·м), а відповідно застосовується для низьких частот.
Високу магнітострикцію має сплав заліза з 13 % Al. Він має значно вищий електроопір (0,96 мкОм·м), і тому при тих же втратах пластини його можуть бути в 2 – 3 рази товстішими, ніж пластини нікелю. Більш високий коефіцієнт магнітострикції мають сплави заліза, що містять 50 % Со, які використовують для перетворювачів великої потужності. Сплав заліза з платиною має найвищий коефіцієнт магнітострикції, однак він є досить дорогим.
Термомагнітні сплави. Інтенсивність намагнічування зменшується з підвищенням температури. До них відносять сплав заліза з нікелем (30 – 35 %), який перестає бути феромагнітним при 100о С. Введення хрому або алюмінію додатково понижує температуру точки Кюрі.
ЛЕКЦІЯ №3
МАГНІТНО–ТВЕРДІ МАТЕРІАЛИ
1. Основні вимоги до магнітно-твердих матеріалів
2. Прецизійні магнітні матеріали зі спеціальними властивостями
ОСНОВНІ ВИМОГИ ДО МАГНІТНО-ТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ
Магнітно-тверді матеріали використовуються для виготовлення постійних магнітів. Вони намагнічуються в сильних полях, мають великі втрати при перемагнічуванні.
Важливою характеристикою магнітно-твердих матеріалів є максимальна питома магнітна потужність. Розмагнічування пов’язане з тими ж процесами, що і намагнічування: зміщенням доменної стінки та обертанням реакторів намагнічування. Необоротність цих процесів призводить до неспівпадіння кривих намагнічування та розмагнічування, а при перемагнічуванні до появи петлі гістерезису.
Для одно доменних кристалів розмагнічування проходить тільки в результаті обертання векторів намагнічування.
Розмір однодоменних кристалів визначається формою кристала, параметром кристалічної решітки та магнітними характеристиками. Для заліза діаметр одно доменного кристала рівний 0,05 мкм.
Необоротні процеси обертання векторів намагнічування визначають Нс тонких плівок та багатьох багатофазних сплавів. Тонкі плівки товщиною 0,1 – 30 мкм однодоменні та магнітно-анізотропні. При товщинах, близьких до 30 мкм, в плівках стрічкова доменна структура. Довгі домени намагнічуються в взаємно протилежних напрямках та обертаються всією системою стрічок під дією зовнішнього поля. Такий спосіб використовують в інформаційних приладах.
Велике значення Нс мають багатофазні сплави зі структурою одно доменних не рівноважних феромагнітних включень в немагнітній основній фазі. В таких сплавах розмагнічування проходить в наслідок обертання векторів намагнічування феромагнітних включень.
В сплавах з феромагнітною основною фазою та не феромагнітними включеннями розмагнічування може розвиватись шляхом зміщення доменної стінки.
Все це дозволяє сформулювати вимоги до складу та структури магнітно-твердих матеріалів. Переважне застосування мають сплави, а не чисті метали. Можна використовувати однофазні сплави з одно доменною не рівноважною формою кристалів або багатофазні сплави з різною магнітністю основи та включень.
Властивості магнітно-твердих матеріалів оцінюють стабільністю в умовах тривалої експлуатації при можливих коливаннях температури. Нестабільність властивостей може викликатись структурними змінами (структурне старіння), а також ударами та вібрацією (магнітне старіння).
Магнітно-тверді матеріали для постійних магнітів класифікують за способом виготовлення на литі, порошкові, деформуємі.
Дані матеріали використовують для виготовлення постійних магнітів. Вони намагнічуються в сильних полях Н>1000 кА/м, мають великі втрати при перемагнічуванні, залишкову індукцію Вr=0,5…1 Тл і коерцитивну силу Нс≤560 кА/м. Їх поділяють:
1. Литі постійні магніти. До них відносять сплави Fe-Ni-Al на основі заліза. Дані сплави містять 12–35 % Ni, 6,5–16 % Al. Застосовують сплави, які додатково леговані міддю, кобальтом, ніобієм і титаном. Всі воно покращують магнітні властивості, а мідь знижує їх розбіжності при неминучих коливаннях складу. Маркують ці сплави так як і сталі.
Марки сплавів: ЮНД4 (13…14% Al, 24…25% Ni, 3…4% Cu, решта Fe), ЮНТС (13…16% Al, 32…35% Ni, 0,4…0,5% Ti, 1…1,5 % Si решта Fe), ЮНДК15 (8,5…9,5% Al, 19…20% Ni, 3…4% Cu, 14…15% Co решта Fe) та ін. Бувають: статорні, роторні, профільні, циліндричні литі постійні магніти.
2. Спечені магніто-тверді матеріали.
· Сплави типу Fe-Ni-Al отримують спіканням порошків металів при 1300°С в атмосфері аргону або в іншій захисній атмосфері. Маркують їх ММК1…ММК11, де букви ММК означають – магніт металокерамічний, а цифра вказує порядковий номер магніту; з зростанням порядкового номеру магнітні властивості матеріалу збільшуються. Такі сплави використовують для дрібних і точних за розміром магнітів.
· Магніто-тверді ферити отримують спіканням порошків оксидів Fe, Ba і Co. За своїми магнітними властивостями вони поступаються литим сплавам Fe-Ni-Al. Оскільки вони являються діелектриками, то можуть використовуватись як постійні магніти в високочастотних магнітних полях без теплових втрат.
Властивості деяких феритів барію і кобальту приведені в таблиці.
| ферит | склад | Магнітна анізотропія | wmax, кДж/м3 | Вr, Тл |
| 6БИ240 | BaO×6Fe2O3 | немає | 3 | 0,19 |
| 28БА190 | BaO×6Fe2O3 | є | 14 | 0,39 |
| 10КА165 | CoO×6Fe2O3 | є | 5 | 0,23 |
| 14КА135 | CoO×6Fe2O3 | є | 7,5 | 0,28 |
Цифра, яка стоїть в марці на першому місці, визначає значення (ВхНх)max=2wmax; буква вказує метал в оксиді; букви И і А відповідно означають ізотропний чи анізотропний ферит; останні три цифри дорівнюють коерцитивній силі НсМ, яка визначена за намагнічуваністю М.
· Спечені магніто-тверді матеріали на основі порошкових сумішей К – кобальту, С – самарію, П – празеодима. Мають кристалічну гратку з малою симетрією, що визначає великі значення анізотропії і коерцитивної сили.
Марки сплавів: КС37, КС37А (37 % Sm, 63 % Co), КСП37, КСП37А(37 % Sm+Pr, 63 % Co). Цифра відповідає вмісту самарію чи середньому сумарному вмісту самарію та празеодима. Буква А в кінці марки вказує, що сплав має покращену текстуру.
3. Матеріали магніто-тверді, що здатні до деформації.
Сплави на основі пластичних металів заліза, хрому, кобальту, міді. Піддають гарячій і холодній пластичній деформації та застосовують для виготовлення постійних магнітів діаметром ≤ 100 мм. Отримують стрічку, дріт.
Високі магнітні властивості цих сплавів отримують після гартування та старіння, що пояснюється отриманням дрібнодисперсних феромагнітних фаз у немагнітній основі. Крім того, після пластичної деформації можливе формування кристалографічної текстури, що додатково покращує магнітні властивості.
Деформовані сплави для виготовлення магнітів
| Назва сплаву | Хімічний склад, % | Марка |
| Хромко | 45 Fe, 30 Cr, 25 Co | 30ХК25 |
| Вікаллой | 52 Co, 35 Fe, 13 V | 52К13Ф |
| Куніко | 50 Cu, 21 Ni, 29 Co | – |
| Куніфе | 60 Cu, 20 Ni, 20 Fe | – |
| Платинакс | 78 Pt, 22 Co | ПлК78 |
До групи магніто-твердих матеріалів відносять також леговану високовуглецеву сталь з вмістом вуглецю >1,0 %. Після гартування та низького відпускання така сталь має структуру мартенситу з дрібнодисперсними неферомагнітними включеннями цементиту, що забезпечує добрі магнітні властивості.
Магніто-тверда сталь є досить технологічною при гарячій обробці тиском та різанні, тому знайшла використання в магнітах великих розмірів.
Для підвищення прогартовуваності сталь легують хромом, а легування кобальтом та молібденом дозволяє покращити магнітні властивості. Найбільш типові марки магніто-твердої сталі представлені у таблиці.
| Сталь | Магнітна потужність, кДж/м3 | Коерцитивна сила, кА/м | Залишкова індукція, Тл |
| ЕХ3 | 1,2 | 4,8 | 0,95 |
| ЕХ5К5 | 1,6 | 8 | 0,85 |
| ЕМК10 | 1,8 | 10,5 | 0,80 |
| ЕХ9К15М2 | 2,4 | 13,6 | 0,80 |
У маркуванні магніто-твердих сталей перша буква Е вказує, що сталь є магніто-твердою. Решта букв та цифри вказують легуючий елемент і його вміст у відсотках.До окремої групи магніто-твердих матеріалів відносять сплави дисперсійного тверднення. Це сплави на базі систем: Fe-Ni-Al, Fe-Cu-Ni, Fe-Mo-Co, Fe-V-Co. Отримання високих значень коерцитивної сили в цих матеріалів слід пов’язати з процесом дисперсійного тверднення, який носить своєрідний характер. При термічній обробці розпад перенасиченого твердого розчину литих сплавів супроводжується виділенням високодисперсійних часток, які, крім того, мають кристалічну будову близьку до будови твердого розчину.
Сплави дисперсійного зміцнення мають наступні назви та склад:
· комоль (0,05 %С; 15 % Mo; 10 % Co; Fe – решта);
· альні (0,1 %С; 11…15 %Al; 20…25 %Ni; Fe – решта), марки АН1, АН2, АН3;
· альнісі (0,1 %С; 1 %Si; 13 %Al; 33 %Ni; Fe – решта), марка АНК;
· альніко (0,1 %С; 12…24 %Сo; 9…10 %Al; 13…20 %Ni; Fe – решта), марки АНКо1, АНКо2, АНКо3, АНКо4;
· магніко (0,1 %С; 20 %Сo; 8 %Al; 11 %Ni; Fe – решта).
ПРЕЦИЗІЙНІ МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ ЗІ СПЕЦІАЛЬНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ