1. Вплив домішок на властивості порошку заліза та виробів з нього

Ступінь чистоти заліза багато в чому визначає властивості отриманих матеріалів та, як відомо, кожен природний матеріал несе в собі визначену частку домішок. Для порошкової металургії визначення кількості забруднень має велике значення тому, що домішки впливають і на властивості напівфабрикатів (порошок і пресовка), і на властивості готових виробів [11]. Збільшення частинки забруднень особливо позначається на структурно – чуттєвих характеристиках магнітно-м’яких матеріалів. Найбільшою мірою їх погіршують розчинені елементи (С, О, N), що створюють напруги ґрат залізних частинок. Безпечним рівнем розчинності вуглецю є 0,007 %, кисню 0,01 %, азоту 0,001 %, сірки 0,02 %. У цих межах домішки, навряд чи можуть вплинути на якість матеріалу. Сірка, як відомо, - другий елемент після вуглецю, що погіршує магнітні властивості магнітно-м’яких матеріалів. Введення кремнію дозволяє знизити шкідливий вплив сірки і вуглецю. Фосфор також підвищує як магнітні властивості, так і характеристики міцності матеріалу [12]. З ростом вмісту карбідоутворюючих елементів (V, Cr, Mn) збільшується коерцитивна сила. Так, наприклад, на Староуткинському металургійному заводі виробляють залізний порошок ПР-ЖФ із чусівського чавуну методом розпилення повітрям з наступним відновленням. Цей порошок природно легований такими карбідоутворюючими елементами, як ванадій, хром, марганець [13]. Матеріали, склад яких поряд з карбідоутворюючими елементами включає фосфор, мають меншу величину Н_с, ніж матеріали з практично тим же вмістом карбідоутворюючих, але без фосфору [14].

Автори роботи [15, 16] досліджували початкову магнітну проникність сердечників з порошку відновленого заліза, щоб з'ясувати вплив характеристик матеріалу, концентрацій домішок, розміру зерна і залишкових напружень після пресування. Визначили, що зниження концентрацій домішок (О, С, S) і укрупнення зерна ефективно підвищують магнітну проникність. Дослідження структури показало, що навколо границь зерен частинок заліза існують немагнітні частинки з розмірами, порівнянними з товщиною доменних стінок чистого заліза. Припущено, що границі зерен діють як місця сильного гальмування зсуву доменних стінок. На основі цих результатів у Kawasaki Steel розробили новий порошок відновленого заліза, що має більшу магнітну проникність, ніж звичайні матеріали, при частотах аж до декількох сотень Гц.

2. Леговані залізні порошки

На практиці при одержанні з чистих залізних порошків спечених виробів в них, як правило, вводять легуючі добавки, що забезпечують специфічні споживчі властивості. Вибирають такий спосіб введення легуючих добавок, щоб максимально зберегти найважливішу перевагу чистого залізного порошку перед звичайними порошками – високу ущільнюваність.

Відомі два методи легування, що відповідають цій вимозі: одержання вихідної шихти механічним змішуванням залізного порошку з порошками легуючих чи використання добавок, так званого, часткового легування, при якому тонкодисперсні частинки легуючих добавок «припечені» до поверхні частинок залізного порошку основи. Локальне легування, яке відбувається при цьому, практично не впливає на фізико-технологічні властивості вихідного залізного порошку.

Фахівці Інституту порошкової металургії (Москва) і Сулінського металургійного заводу ведуть активні дослідження по розробці технологій одержання частково-легованих порошків на основі особливо чистого залізного порошку, що містять як легуючі елементи 0,5-1,0% P і 2-8% Sn для деталей магнітно-м’яких матеріалів [17]. Вивчення показало, що при компактуванні легованих особливо чистих залізних порошків формується структура, вільна від дефектів, у вигляді крихких неметалевих включень, що легко руйнуються. Тому такі порошкові сталі і сплави мають більш високу пластичність. Крім того, мінімізація сторонніх включень і дефектів металу основи позитивно позначається на збільшенні магнітної проникності і зниженні коерцитивної сили матеріалу.

Використовуючи леговані, особливо чисті, залізні порошки, можна одержувати деталі із пористістю не більш 5-6% методом одноразового пресування з наступним спіканням, у той час як при використанні рядових залізних порошків типу ПЖР2 чи ПЖВ2 для досягнення такого рівня щільності (7,3 г/см³) і магнітних характеристик (_max1000; Н_с0,3 А/см) необхідно застосовувати технологію подвійного пресування і спікання.

У роботі [18] представлені результати розробки технології одержання залізного порошку (марки ПЖХ) хлоридним методом. В результаті оптимізації процесу виробництва матеріалу з порошку ПЖХ-2 (пресування при Р=900 МПа, спікання протягом 4 годин у вакуумі при температурі 1300 ⁰С и додаткова обробка – відпалювання) досягнута щільність 7,3-7,5 г/см³ і наступні магнітні властивості: В₅₀₀=1,27-1,37 Тл; В₁₀₀₀=1,32-1,44 Тл; В₂₅₀₀=1,4-1,52 Тл; Н_с=54-60 А/м. По висновку Уральського електромеханічного заводу рівень магнітних властивостей матеріалу відповідає рівню литої сталі марки 10880 (У₅₀₀1,36 Тл; В₁₀₀₀1,47 Тл; В₂₅₀₀1,57 Тл; Н_с80 А/м), що дозволяє його рекомендувати для виготовлення магнітопроводів різного призначення.