Магнитотвёрдые материалы

Эти стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов. Магнитная энергия постоянного магнита тем выше, чем больше остаточная магнитная индукция В_r и коэрцитивная сила Н_C. Магнитная энергия пропорциональна произведению В_rНс. Поскольку В_r ограничена магнитным насыщением ферромагнетика (железа), увеличение магнитной энергии достигается повышением коэрцитивной силы Н_C.

Для получения высокой коэрцитивной силы стали должны иметь неравновесную структуру, обычно - мартенсит с высокой плотностью дефектов строения. Для постоянных магнитов применяю высокоуглеродистые стали с 1% С, легированные хромом (3%) ЕХЗ, а также одновременно хромом и кобальтом, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2. Легирующие элементы повышают, главным образом, коэрцитивную силу и магнитную энергию, а также улучшают температурную и механическую стабильность постоянного магнита. Хромистые и кобальтовые стали сравнительно легко обрабатываются давлением и резанием, но обладают относительно малой магнитной энергией. Коэрцитивная сила легированных сталей составляет 4,8-12 кА/м и остаточная индукция 0,8- 1,0 Тл. Наиболее высокие магнитные свойства имеют стали ЕХ5К5, ЕХ9К15М2 после нормализации, высокого отпуска, закалки и низкого отпуска (при 100°С).

В промышленности наиболее широко применяют сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНДК31Т3БА, ЮНДК40Т8АА, ЮНДК35Т5БА, ЮНДК35Т5АА). Сплавы тверды, хрупки и не поддаются деформации, поэтому магниты из них изготовляют литьём.

Высокие магнитные свойства сплавы получают после нагрева до 1250-1280 °С и последующего охлаждения (закалки) с определенной (критической) для каждого сплава скоростью охлаждения; после закалки следует отпуск при 580-600 °С.

Для создания магнитной текстуры сплавы типа алнико подвергают термомагнитной обработке: нагреву до 1300 °С и охлаждению со скоростью 0,5-5 °С/с (в зависимости от состава сплава) в магнитном поле, приложенном вдоль направления важного для магнита данной конфигурации. Затем магнит отпускают при 625 °С. После такой обработки магнитные свойства сплавов становятся анизотропными, их магнитные характеристики (В_r, Н_C, B_rH_C) сильно возрастают в направлении приложенного магнитного поля (магнитная текстура).

Для изготовления магнитов применяют и порошковые сплавы Fe–Ni–Al ММК 1 (Н_С = 24 кА/м, B_r = 0,6 Тл), ММК7 (Hс = 44 кА/м, В_r = 0,95 Тл), ММК11 (Н_С = 118 кА/м, В_r = 0,7 Тл). Эти сплавы проходят такую же термическую обработку, как и литые сплавы. Сплавы не обладают хрупкостью.

Некоторое применение нашли деформируемые сплавы 52КФА, 52КФБ и 52КФ13 (51–53% Со, 11–13% V, остальное – Fe), изготовляемые в виде проволоки диаметром 0,5–3,0 мм, полос и лент толщиной 0,2–1,3 мм. После закалки и холодной деформации сплавы подвергают отпуску при 600–620 °С. Свойства сплавов после такой обработки: 58–62 HRC, H_С = 28 кА/м и В_r =85 Тл (в зависимости от полуфабриката). Сплавы Fe–Ni–Аl–Nb, содержащие 8,4–9,8% Аl, 3,7–4,2% Nb и 20–25% Ni (остальное Fe), в виде горячекатаных листов используют для изготовления малогабаритных магнитов. В промышленности используют сплавы на основе системы Fe–Со–Сr, достаточно хорошо деформируемые при прокатке. Свойства сплавов типа К23Х31С1 после термической обработки Н_С ~ 52,8 кА/м и В_r = 1,15 Тл.

Использование редкоземельных соединений дает возможность создавать материалы для постоянных магнитов малой массы с большой магнитной энергией В_rНс. Наиболее эффективными для этой цели являются интерметаллические соединения кобальта с легкими редкоземельными металлами, такие как SmCo₅, NdCo₅, PrCo₅.