Магнитный материал и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к магнитным материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с металлами группы железа. Предложен магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, неодим, а также по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, дополнительно содержит по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, празеодим, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%: (Nd_1-x-1-x2R¹ _x1R² _x2)_14-20(Fe₁-_y1Co_y1)_остВ_5-8, где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy, Ho, Er, Tm; R² - по меньшей мере один из элементов, выбранный из группы Sm, La, Ce, Pr, х1+х2= 0,05-0,99, х2/х1=0,01-9, у1=0,005-0,35. Магнитный материал дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%: (Nd_1-x1-x2R¹ _х1R² _x2)_14-20(Fe₁-_y1Co_y1)_остТ_y2В_4-9, где Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu, у2=0,01-5. Предложено также изделие, выполненное из указанного выше магнитного материала. Техническим результатом изобретения является увеличение магнитных свойств, увеличение прочности изделий, увеличение выхода годных кольцевых магнитов с радиальной текстурой. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к магнитным материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с металлами группы железа.

Известен магнитный материал следующего химического состава, ат. %: Nd₁₅(Fe_1-xCo_х)₇₇B₈, x=0-0,2 [1].

Недостатками магнитного материала являются: 1. Недостаточно высокая термостабильность, а именно величина температурного коэффициента магнитной индукции |α| не может быть меньше 0,074%/^oС.

2. Значительное уменьшение коэрцитивной силы (Н_ci) с уменьшением |α|.

Изделиями из известного магнитного материала являются, например, призмы, цилиндры, кольца с аксиальной текстурой и т.д. Недостатками изделий являются: 1. Недостаточно высокая прочность изделий при повышении термостабильности материала.

2. Недостаточно высокое значение величины Н_ci накладывает ограничения на геометрические размеры изделий.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, неодим, тербий, имеющий состав, соответствующий формуле (Nd_1-x1-x2Tb_x1R_x2)_14-17(Fe_1-y1Co_y1)_75-80T_y2B_6-8, где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Dy, Но, Er, Tm, а Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Аl, Ga, Ti, Nb, Mo, причем х1+х2=0,1-0,99;
х1/х2≥0,10;
y1=0,2-0,5;
y2=0,01-10 aт.% [2].

Недостатками магнитного материала-прототипа являются:
1. Недостаточно высокие магнитные свойства. Например, остаточная индукция (В_R) не может быть более 10,7 кГс.

Изделиями из магнитного материала-прототипа являются, например, призмы, цилиндры, кольца с аксиальной текстурой, кольца с радиальной текстурой и т. д. Недостатками изделий являются:
1. Недостаточно высокая прочность изделий.

2. При шлифовке кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ) наблюдается высокий процент брака (расколы и трещины), а следовательно, низкий выход годных магнитов.

Технической задачей изобретения является увеличение магнитных свойств, увеличение прочности изделий, увеличение выхода годных кольцевых магнитов с радиальной текстурой.

Техническая задача достигается тем, что магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, неодим, а также по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, дополнительно содержит по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, празеодим, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:
(Nd_1-x1-x2R¹ _x1R² _x2)_14-20(Fe_1-y1Co_y1)_oст.В_5-8,
где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy, Но, Еr, Тm, а R² - по меньшей мере один из элементов, выбранный из группы Sm, La, Ce, Pr,
х1+y2=0,05-0,99;
x2/x1=0,01-9;
y1=0,005-0,35
Магнитный материал дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:
(Nd_1-x1-x2R¹ _x1R² _x2)_14-20(Fe_1-ylCo_y1)_oст.•T_y2B_4-9,
где Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Мо, Сu,
y2=0,01-5.

Изделие, выполненное из указанного выше магнитного материала.

Известно, что в системе Nd-Fe-B примесь Рr приводит к некоторому уменьшению величины B_R, а примеси La, Се и особенно Sm являются крайне вредными и резко уменьшают B_R и H_ci. Авторами установлено, что положительное влияние Sm, La, Се, Рr на магнитные свойства магнитного материала связано с нулевым (La, Се) либо достаточно малым (Sm, Рr) магнитных моментов их ионов, по сравнению с другими РЗМ ионами. Положительное влияние Al, Ga, Ti, Nb, Мо, Сu связано с усилением действия Sm, La, Се, Рr на магнитные свойства материала за счет измельчения зерна основной магнитной фазы и появления дополнительных высокодисперсных фаз. Авторами установлено, что положительное влияние Sm, La, Се, Рr на прочность изделий, особенно кольцевых магнитов с радиальной текстурой, связано с изменением термомеханических свойств материала и его фазового состава.

Пример осуществления
Сплав заданного состава выплавляли в вакуумной индукционной печи, а кольцевые магниты с радиальной текстурой изготавливали по обычной порошковой технологии. Прочность кольцевых магнитов с радиальной текстурой оценивали по относительному количеству (в процентах) годных радиальных колец (без трещин и расколов) после шлифовки. Размер спеченных колец составлял: наружный диаметр (⊘_н) - 17,8 мм, внутренний диаметр (⊘_в) - 11,1 мм, высота (h) - 5 мм. Заготовки шлифовали до размеров: ⊘_н=16,5 мм, ⊘_в=12,2 мм, h=3,0 мм. Составы предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа, а также их свойства приведены в таблице. В строках 1, 2 приведены граничные значения составов. В строках 3, 4, 5 промежуточные значения составов.

Как видно из таблицы, величина B_R увеличивается на 17-39%, Н_ci увеличивается в 1,1-2,1 раза, максимальное энергетическое произведение (BH)_max - в 2,4-3,8 раза, а выход годных магнитов увеличивается в 2,4 раза по сравнению с магнитным материалом-прототипом.

В таблице приведен состав магнитного материала с величиной α=-0,02%/^oC. По магнитным свойствам этот материал соответствует материалам на основе Sm-Co, однако цельные радиальные кольца из материалов Sm-Co (с приведенными выше размерами) не могут быть изготовлены принципиально. Таким образом, предложенный магнитный материал позволяет изготавливать радиальные кольца со свойствами выше, чем у прототипа, и со значительно более высоким выходом годных.

Применение предложенного магнитного материала и изделия из него позволяет повысить точность и надежность навигационных систем летательных аппаратов, в частности, динамически настраиваемых гироскопов.

Источники информации
1. Sagawa M., Fujimura S., Yamamoto H., Matsuura Y. IEEE Trans. Magn., 1984, v. MAG-20, 5, p.1584-1589.

2. Патент 2136069, РФ.

Формула изобретения

1. Магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, неодим, а также по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один редкоземельный элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, празеодим, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:
(Nd_1-x1-x2R_x1 ¹R_x2 ²)_14-20(Fe₁-_y1Co_y1)_остВ_5-8,
где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy, Ho, Er, Tm;
R² - по меньшей мере один из элементов, выбранный из группы Sm, La, Ce, Pr,
х1+х2=0,05÷0,99;
х2/х1=0,01÷9;
у1=0,005÷0,35.

2. Магнитный материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галий, титан, ниобий, молибден, медь, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:
(Nd_1-x1-x2R_x1 ¹R_x2 ²)_14-20(Fe₁-_y1Co_y1)_ост•Т_у2В_4-9,
где Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Аl, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu,
y2=0,01÷5 ат.%.

3. Изделие из магнитного материала, отличающееся тем, что оно выполнено из магнитного материала по любому из п.1 или 2.

РИСУНКИ

Рисунок 1