2. Спікання та термічна обробка магнітно-м’яких матеріалів

Термічна обробка спечених матеріалів забезпечує створення необхідної структури і, як наслідок цього, – одержання потрібних магнітних властивостей [42]. Тривалий відпал магнітно-м’яких матеріалів у захисному середовищі при температурі вище 1000 ⁰С створює умови для рекристалізації, супроводжуваної ростом зерен, і додаткового очищення матеріалу від домішок.

У роботі [43] були проведені дослідження з оптимізації режиму відпалу зразків магнітно-м’якого матеріалу на основі хромистих нержавіючих сталей із вмістом вуглецю менше 0,05 %. При температурі відпалу 1250 ⁰С час витримки змінювали від 2 до 5 годин. У результаті дослідження мікроструктури встановлено, що із збільшенням часу витримки відбувається інтенсивний ріст зерна, одночасно підвищуються і магнітні властивості матеріалу. Магнітна індукція при напруженості магнітного поля 2500 А/м збільшилася від 0,96 Тл при часі витримки 2 години до 1,38 Тл при витримці 4 години, коерцитивна сила в цьому ж магнітному полі знизилась з 172 А/м до 61 А/м. Таким чином, встановлено, що режим термообробки більше впливає на коерцитивну силу і магнітну проникність матеріалу, і менше – на індукцію насичення.

Вплив захисного середовища спікання на магнітні і механічні властивості магнітно-м’яких матеріалів були досліджені в роботі на прикладі матеріалу системи залізо – фосфор. У таблиці 1.2 приведені обмірювані властивості зразків, спечених у різних середовищах. Усереднення властивостей проводили для матеріалів з порошку трьох марок (ПЖР3, ПЖВ3 і ПРЖФ) з добавкою 5 чи 8 % ферофосфору. Таке усереднення виправдане, тому що вплив середовища спікання на зразки з порошків заліза різних марок було якісно ідентичним.

Таблиця 1.2 – Фізичні і магнітні характеристики заліза, спеченого в

різних середовищах з різним вмістом фосфору (5 % Р; 8% Р)

Властивість	Середовище спікання
	Водень	Аміак	Вакуум	Аргон	Азот
В2500, Тл	1,30/1,28	1,25/1,24	1,25/1,24	1,21/1,23	1,29
max	2700/2900	1700/1700	2200/2200	1300/1300	3000/3100
Вr, Тл	1,22/1,19	1,08/1,04	0,80/0,80	0,81/0,80	1,10/1,09
Нс, А/м	153/139	184/177	168/166	276/274	132/129
, г/см3	6,95/6,96	6,93/6,92	6,94/6,94	7,02/6,95	6,93/6,93
НВ	76/75	78/84	69/73	76/79	73/78
p.c., МПа	710/780	550/570	540/570	510/530	620/720

Дані таблиці 1.2 показують, що середовище спікання незначно впливає на індукцію в полі 2500 А/м і щільність матеріалів. Однак, на структурно-чутливі властивості (Н_с, В_r, _p.c., _max) середовище впливає істотно. Найвище значення _max мають матеріали спечені в азоті і водні, а найменше – спечені в аргоні. Вміст фосфору практично не вплинув на магнітну проникність.

Найменшу коерцитивну силу мають зразки, спечені в азоті. Причому її значення навіть трохи менше, ніж у зразків, спечених у водні. Найбільша коерцитивна сила – у матеріалів, спечених в аргоні.

Як видно з літературних даних, магнітні властивості магнітно-м’яких матеріалів сильно залежать від невеликих змін складу, від присутності деяких домішок і включень, від напружень. Тому, перш ніж розглядати переваги тієї чи іншої технології порошкової металургії, варто враховувати не тільки параметри, що пов'язані з пресуванням чи спіканням, а також природу і структуру матеріалу, розподіл частинок по розмірах і формі, кількість і природу ізолюючих і зв'язуючих речовин, щільність брикету, характер термообробки, а також усі фактори, що відбивають експлуатаційні особливості роботи матеріалу.

Для забезпечення необхідних магнітних властивостей сплавів Fe-Ni після механічній обробці необхідно проводити попередню термічну обробка в вакуумі або водні при температурі 800-900 ° С. При цьому, для сплавів з найвищою проникністю термічну обробку слід проводити з особливою ретельністю.

Найвища проникність пермалоєвих сплавів досягається після швидкого (400-500 град/год) охолодження з 600° С. Зниження швидкості охолодження в інтервалі 600-300° С до 50 град/год призводить до збільшення коефіцієнта прямокутності в малих полях при деякому зниженні рівня початкової проникності. При цьому покращується температурна стабільність максимальної проникності.

ВИСНОВКИ ТА ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДОСЛІДЖЕННЯ

Як видно з літературного огляду, використання методів порошкової металургії для виробництва порошкових магнітно-м’яких матеріалів замість виробів з листових електротехнічних сталей, є актуальною задачею, оскільки виключення переплаву розширює можливості керування складом і структурою магнітно-м’яких матеріалів за допомогою формування і термічної обробки виробів. Однак, вироби з порошкових магнітно-м’яких матеріалів мають ряд недоліків і вимагають удосконалення їхніх складів, структури, конструкції і властивостей. У зв'язку з цим можна зробити наступні висновки:

1. Традиційні порошкові магнітно-м’які матеріали на основі залізного порошку, легованого кремнієм, фосфором, алюмінієм, бором знаходять обмежене застосування в техніці через високі магнітні втрати, що виникають у магнітопроводах, що не дозволяє ефективно використовувати їх у змінних полях.

2. В галузі розробок магнітно-м’яких матеріалів одним з перспективних напрямів є дослідження сплавів на основі залізо – нікель, оскільки дані сплави характеризуються найвищими значеннями магнітної проникності і широко застосовуються в якості осердь трансформаторів, реле, дефектоскопів, магнітних екранів та інше.

3. Одним з недоліків матеріалів на основі залізо – нікель є те, що вони вважаються прецизійними сплавами і через складну термічну обробку мають погану відтворюваність магнітних властивостей. Дослідження спрямовані на вдосконалення технологічної схеми отримання сплаву пермалой повинні ліквідувати цей недолік і забезпечити стабільні магнітні характеристики матеріалу.

Таким чином, при удосконаленні технологічних прийомів створення магнітно-м’яких матеріалів, однією з основних є проблема одержання виробів з матеріалів, що мають високі магнітні характеристики і порівняно низькі магнітні втрати. Для вирішення поставлених питань в роботі необхідно розв’язати наступні завдання:

1. Дослідити магнітно-м’які матеріали на основі системи залізо – нікель, що мають високі значення магнітної проникності та низьку коерцитивну силу.

2. Дослідити процеси структуроутворення матеріалів на основі системи залізо – нікель в залежності від режимів термічної обробки.

3. Дослідити магнітні властивості сплаву пермалой та визначити основні фактори, що впливають на магнітну проникність, індукцію та коерцитивну силу.