Материалы для постоянных магнитов

Важнейшими материалами для изготовления постоянных магнитов являются: сплавы типа Fe-Ni-Al (высококоэрцитивные литые сплавы), порошковые материалы (металлокерамические, металлопластичные), магнитотвердые ферриты (ВаО^.6Fe₂O₃ и др.), сплавы на основе редкоземельних материалов (SmCо₅, PrCo₅ и прочие). Их свойства приведены в табл. 5.5.

К группе высококоэрцитивных литых сплавов относят сплавы систем Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Al-Со, модифицированные разными примесями. Высококоэрцитивное состояние этих сплавов обусловлено их дисперсионным распадом на две фазы при охлаждении. Выделения одной фазы имеют форму пластинок или стержней однодоменной толщины. Они близки по состоянию к железу и имеют значительные магнитные свойства. Вторая фаза включает в себе никель и алюминий и не является магнитной. Материалы с такой структурой намагничиваются вследствие поворота магнитных моментов доменов, поэтому они имеют большое значение коэрцитивнойї силы.

Сплавы системы Fe-Ni-Al имеют наибольшую энергию воздушного зазора при составе 28% Ni, 14% Al, остальное Fe. Примеси повышают магнитные свойства, улучшают временную стабильность, облегчают термообработку. Кроме того, такие сплавы обычно охлаждают в сильном магнитном поле, которое приводит к возникновению как кристаллической, так и магнитной текстур. Это улучшает свойства магнитов.

Недостатком сплавов Fe-Ni-Al и Fe-Ni - Al-Со является их большая хрупкость и твердость, поэтому магниты из них изготовляют только путем литья с последующей шлифовкой.

Невозможность вырабатывать мелкие изделия с необходимыми размерами с литых Fe-Ni-Al сплавов, обусловило производство таких деталей из порошков средствами порошковой металлургии. Это, прежде всего, металлокерамические и металлопластичные магниты.

Металлокерамические изготовляют путем прессования порошка тонкодисперсных магнитотвердых сплавов с последующим спеканием при больших температурах согласно технологии керамики.

Процесс изготовления металлопластичных магнитов подобен процессу прессования изделий из пластмасс, но в порошке наполнителя имеются зерна измельченного магнитотвердого материала.

Металлокерамические магниты имеют пористость 3-5%, магнитная энергия в них на 10-20% меньше, чем у литых сплавов, но по механической прочности они лучше литых в 3-6 раз.

Свойства металлопластичных материалов значительно хуже, но технология их изготовления более простая и они имеют большое удельное сопротивление, что позволяет использовать эти магниты в переменных магнитных полях.

Магнитотвердые ферриты изготовляют из ВаО^.6Fe₂O₃ (бариевые ферриты), СоО^.6Fe₂O₃ (вектолит), Sr^.6Fe₂O₃ (феррит стронция). Наиболее распространены бариевые ферриты. Они имеют значительное удельное сопротивление, которое позволяет использовать их в переменных магнитных полях, дешевы, имеют простую технологию изготовления, меньший вес, чем литые сплавы. Однако они имеют большую хрупкость и твердость. Кроме того, их свойства значительно зависят от температуры. Ферриты стронция имеют свойства, подобные бариевым ферритам, но технологичность их изготовления выше.

Кобальтовые ферриты имеют лучшие параметры, меньше зависят от температуры, но имеют большую стоимость.

Сплавы на основе редкоземельных материалов имеют наибольшие значения коэрцитивной силы и энергии воздушного зазора. Наибольший интерес представляют интерметаллические соединения типа RCo - где R - редкоземельный элемент. Высококоэрцитивное состояние таких сплавов обусловлено значительной кристаллической анизотропией, большой самопроизвольной намагниченностью, значительной магнитострикцией и высокой точкой Кюри. Существуют три направления их изготовления:

1. Холодное прессование порошка.
2. Спекание брикетов из порошка при наличии жидкой фазы.
3. Литье многокомпонентных сплавов.

Температурная стабильность таких сплавов очень высока. Использование магнитов на их основе, позволяет решить большое количество вопросов, как например, создание мощных намагничивающих устройств, измерительной аппаратуры, новых конструкций магнитных систем.

Магнитные свойства сплавов для изготовления постоянных магнитов приведены в табл. 5.5.