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. Материал содержит железо (Fe), кобальт (Со), бор (В), празеодим (Рr), гадолиний (Gd), по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий (Тb), диспрозий (Dy), и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий (Sm), неодим (Nd), церий (Се), при соответствии химического состава формуле, ат.%: (Pr_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.B_6-10, где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy, R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Sm, Nd, Се, x1=0,40-0,7, х2+х3=0,001-0,25, y1=0,2-0,43. Материал может дополнительно содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий (Аl), галлий (Ga), титан (Ti), ниобий (Nb), молибден (Мо), медь (Сu), при соответствии химического состава формуле, ат.%: (Pr_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_11,5-16(Fe_1-y1 Co_y1)_ост.T_y2B_6-10, где T - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu, y2=0,001-1. Повышается величина остаточной магнитной индукции материала в области значений температурного коэффициента индукции ТКИ=+0,01÷-0,01%/°С. 2 н. 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 на основе празеодима, железа, кобальта, алюминия, бора следующего химического состава, ат.%:

Pr15 Fe62,5 Co16 Al1 B5,5

(Jiang S.Y. and other. Magnetic properties of R-Fe-B and R-Fe-Co-Al-B magnets (R=Pr and Nd), J. Appl. Phys., 1988, V.64, №10, p.5510-5512.)

Известен магнитный материал на основе неодима, железа, кобальта, бора следующего химического состава, ат.%:

Nd15 (Fe1-x Сох)77 В8, где х=0÷0,2

(Sagawa M. and other. Permanent magnet materials based on the rare earth-iron-boron tetragonal compounds, IEEE Trans, on Magnet., 1984, V.MAG-20, №5, p.1584-1589.)

Известен магнитный материал на основе церия (Се), лантана (La), редкоземельного металла (R) (R - любой редкоземельный металл за исключением церия и лантана), железа, кобальта, бора, содержащий по крайней мере один элемент (М), выбранный из группы: алюминий (Аl), титан (Ti), ванадий (V), хром (Сr), марганец (Мn), цирконий (Zr), гафний (Hf), ниобий (Nb), тантал (Та), молибден (Мо), германий (Ge), сурьма (Sb), олово (Sn), висмут (Bi), никель (Ni), вольфрам (W), медь (Сu), серебро (Ag), следующего химического состава, ат.%:

[(Се_хLa_1-x)_yR_1-y]_z[(Fe_1-u-wCo_wM_u)_1-νВ_ν]_1-z

причем: 0,4≤x≤0,9; 0,2<y≤1,0; 0,05≤z≤0,3; 0,01≤ν≤0,3; 0≤u≤0,2; 0≤w≤0,5 (патент США, №4765848).

Изделиями из известных магнитных материалов являются, например, призмы, цилиндры, кольцевые магниты с радиальной либо аксиальной текстурой.

Недостатками известных магнитных материалов и изделий, выполненных из них, являются недостаточно высокие значения величины коэрцитивной силы H_CI и температурной стабильности (высокое значение температурного коэффициента индукции ТКИ по абсолютной величине).

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, неодим, тербий, имеющий состав, соответствующий формуле, ат.%:

(Nd_1-х1-х2Тb_x1R_x2)_14-17(Fe_1-y1CO_y1)_75-80T_y2В_6-8

где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Еr), тулий (Tm), a T - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий (Аl), галлий (Ga), титан (Ti), ниобий (Nb), молибден (Мо), ат.%,

причем x1+х2=0,1-0,99

х1/х2≥0,10

y1=0,2-0,5

у2=0,01-10 (патент РФ №2136069).

Изделиями из магнитного материала-прототипа при величине ТКИ=+0,01÷-0,01%/°С являются любые типоразмеры магнитов (например, призмы, цилиндры, кольца с аксиальной текстурой и т.д.) за исключением кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ).

Недостатками магнитного материала-прототипа являются недостаточно высокие магнитные свойства, например при величине ТКИ в диапазоне +0,01÷-0,01%/°С (29÷100°С) величина остаточной индукции (B_R) находится в пределах 5-6 кГс, а также невозможность изготовления кольцевых магнитов с радиальной текстурой с величиной ТКИ=+0,01÷-0,01%/°С. При шлифовке таких КМРТ брак составляет 100%.

Технической задачей изобретения является увеличение остаточной индукции материала в диапазоне значений ТКИ=+0,01÷-0,01%/°С.

Поставленная техническая задача достигается тем, что магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий (Тb), диспрозий (Dy), дополнительно содержит празеодим (Рr), гадолиний (Gd), а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий (Sm), неодим (Nd), церий (Се), при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

(Рr_{1-х1-х2-х3}R¹x₁R² _x2Gd_x3)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.В_6-10

где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy, R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Sm, Nd, Се, ат.%:

x1=0,40-0,7

х2+х3=0,001-0,25

y1=0,2-0,43

Магнитный материал дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий (Аl), галлий (Ga), титан (Ti), ниобий (Nb), молибден (Мо), медь (Сu), при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

(Pr_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_11,5-16(Fe_1-y1 Co_y1)_ост.T_y2B_6-10

где Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu, ат.%:

y2=0,001-1

Изделие, выполненное из указанного выше магнитного материала.

Авторами установлено, что гадолиний (Gd) действует совместно с элементами группы R², содержащей по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Sm, Nd, Се. Элементы из группы R² (Sm, Nd, Ce) позволяют даже сами по себе (без Gd) несколько повысить величину B_R при заданном ТКИ. Дополнительное легирование гадолинием резко усиливает положительное воздействие этой группы элементов на величину B_R.

Авторами также установлено, что в системе Pr-R-Gd-Fe-Co-B, где R - тяжелый редкоземельный металл, содержание основной магнитной фазы (Рr, R)₂ (Fe, Co)₁₄ В примерно в 2 раза выше, чем в системе

Nd-R-Fe-Co-B (при одинаковом содержании остальных легирующих элементов), что и приводит к повышению величины B_R материала, при заданном значении ТКИ. Установлено также, что в системе

Pr-R-Gd-Fe-Co-B, при содержании Со в заявленных пределах, фаза (Pr, R)₁ (Fe, Со)₄ В₁ встречается только в виде отдельных зерен. Установлено, что указанная фаза приводит к уменьшению величин B_R и Н_CI магнитов системы Nd-R-Fe-Co-B. Показано, что вместо данной фазы в межзеренных промежутках присутствуют фазы типа (Pr, R, Gd) (Fe, Со)₂ и (Pr, R, Gd) (Fe, Co)₃, которые не оказывают такого вредного влияния на магнитные свойства. Установлено, что положительное влияние Sm, Се, Nd, а также Al, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu в заявленных пределах связано с изменением химического состава фаз, а также фазового состава материала.

Примеры осуществления

Сплав заданного состава выплавляли в вакуумной индукционной печи. Магниты изготавливали по порошковой технологии, включающей: дробление слитка, прессование образцов-свидетелей в магнитном поле 10 кЭ, спекание в вакуумной печи. Полученные заготовки образцов-свидетелей шлифовали до размера 10×10×10 мм, величину ТКИ измеряли в области температур 20-100°С.

Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа приведены в таблице.

Предложенный магнитный материал при величине ТКИ=+0,01÷-0,01%/°С позволяет повысить величину B_R более чем на 49% по сравнению с магнитным материалом-прототипом, что дает возможность расширить номенклатуру выпускаемых изделий. Из предложенного материала могут быть изготовлены кольцевые магниты с радиальной текстурой.

Применение предложенного магнитного материала позволяет повысить точность и стабильность работы навигационного оборудования и систем авиационной автоматики, а также производить магниты любых типоразмеров.

1. Магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий (Тb), диспрозий (Dy), отличающийся тем, что он дополнительно содержит празеодим (Рr), гадолиний (Gd), а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий (Sm), неодим (Nd), церий (Се), при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:
(Pr_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.B_6-10,
где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy;
R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Sm, Nd, Ce,
x1=0,40-0,7;
x2+x3=0,001-0,25;
y1=0,2-0,43.

2. Магнитный материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий (Аl), галлий (Ga), титан (Ti), ниобий (Nb), молибден (Мо), медь (Сu), при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:
(Pr_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_11,5-16(Fe_1-y1 Co_y1)_ост.T_y2B_6-10,
где Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu;
y2=0,001-1.

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