5.6. Магнитотвердые материалы.

К магнитотвердым относятся высококоэрцитивные материалы (см. 2.1), площадь петли гистерезиса которых значительно больше, чем у магнитомягких материалов. МТМ применяет для изготовления постоянных магнитов, при этом используется магнитная энергия, возникающая между полюсами магнита, а также для магнитных лент, предназначенных для записи информации.

Классификация МТМ представлена на рис. 5.24.

5.6.1. Мтм для постоянных магнитов.

Постоянные магниты используются в измерительных приборах (магнитоэлектрические амперметры, вольтметры, омметры, магнитометры), в электрических машинах (синхронные генераторы, двигатели постоянного тока), в радиоприемных устройствах и акустических аппаратах, устройствах техники связи, в электровакуумных и ферритовых устройствах СВЧ (лампы бегущей волны, гетеродинные лампы обратной волны, вентили), регулирующих устройствах (поляризованные реле, регуляторы напряжения, температуры, давления), промышленных устройствах (магнитные сепараторы, магнитные муфты и др.), бытовых приборах (магнитные замки, магнитные инструменты).

Основные параметры магнитотвердых материалов:

–максимальная удельная энергия W_m (ВН/2), которая лежит в диапазоне 1÷200кДж/м³;

–коэрцитивная сила H_C (5÷5000кЛ/м);

–остаточная индукция В_r;

Сплавы на основе Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Co-Al имеют наибольшее распространение и составляют примерно 80% всех потребляемых МТМ. У этих сплавов W_m=3,6–40кДж/м³, Н_C=40–180кА/м, B_r=0,43–1,4Tл.

Высококоэрцитивное состояние этих сплавов объясняется механизмом твердения. При высоких температурах (1200–1300°С) благодаря большой растворимости компонентов сплавы Fe-Ni-Al находятся в однородном состоянии. При медленном охлаждении сплавов до определенной температуры происходит распад твердого раствора на две фазы (β₁ и β₂): фаза β₁ близка по составу к чистому Fe, т.е. сильномагнитна, ее выделения имеют форму пластинок однодоменной толщины; фаза β₂ слабомагнитна. Таким образом, получается система в виде немагнитной матрицы β₂ с однодоменными сильномагнитными включениями β₁. Материалы с такой структурою имеют большую коэрцитивную силу, так как намагничивание происходит в основном за счет процессов вращения.

В зависимости от режима термической обработки коэрцитивная сила сплавов на основе Fe-Ni-Al может меняться в сотни раз, так как режимы термической обработки подбираются таким образом, чтобы получить оптимальную форму, размер и распределение частиц, выделявшихся при распаде твердого раствора.

Недостатки сплавов этой группы: плохие механические свойства, высокая твердость и хрупкость, что значительно осложняет механическую обработку.

Легко обрабатываются (штампуются, режутся ножницами, обрабатывается на металлорежущих станках) пластически деформируемые сплавы Cu-Ni-Fe различного состава и викаллой Co-V-Fe (50% Co, 8–15% V, остальное – Fе).

Сплавы на основе благородных металлов характеризуется очень высокими значениями коэрцитивной силы. В результате специальной термической обработки получен сплав Pt-Co, магнитные свойства которого достигает значений W_m=90кДж/м³, H_C=400кА/м, B_r=0,7Тл. Так как эти сплавы дороги, их в основном используют для сверхминиатюрных магнитов массой в несколько миллиграмм.

Порошковые МТМ, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой методами порошковой металлургии, используются для изготовления мелких изделий сложной конфигурации со строго выдержанными размерами.

Металлокерамические магниты прессуются без связующего материала и спекаются при высокой температуре. Для различных марок металлокерамических магнитов W_m=3–16кДж/м³, H_C=24–128кА/м, B_r=0,48–1,1Тл, т.е. по магнитным свойствам они уступают литым магнитам, что обусловлено повышенной пористостью. Удорожание из-за введения в технологическую цепочку измельчения и спекания компенсируется увеличением механической прочности металлокерамических магнитов в 3–6 раз по сравнению с литыми и уменьшением отходов при конечной размерной обработке.

Металлопластические магниты изготавливают как и металлокерамические из металлических порошков, но прессуют вместе с изолирующей связкой (например с фенольной смолой), затем нагревают до 120–180°С и выдерживают при этой температуре для полимеризации связующего компонента. Механические свойства у этих магнитов в несколько раз выше, чем у литых, а магнитные – значительно ниже из-за большого содержания неферромагнитного компонента.

Магнитотвердые ферриты имеют большие значения коэрцитивной силы, достигающие у некоторых марок 240кА/м, и W_m=10–18кДж/м³. Недостатки ферритов – плохие механические свойства (высокая хрупкость и твердость) и температурная нестабильность параметров.