Магнитный материал для постоянных магнитов и изделие, выполненное из него

Группа изобретений относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным (магнитотвердым) материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использована в авиационной промышленности. Предложен магнитный материал, содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, при этом химический состав магнитного материала соответствует формуле в ат. долях: где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий; x1=0,01-0,50; у1=0,30-0,55; у2=0,5-2,0; z=0,001-0,1. Магнитный материал обеспечивает повышение значения остаточной магнитной индукции B_R при величине температурного коэффициента индукции (ТКИ), близкой к нулю, а также увеличение выхода годных изделий - кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ), выполненных из данного материала, что является техническим результатом изобретения. 2 н.п. ф-лы. 1 табл.

 

Группа изобретений относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным (магнитотвердым) материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использована в авиационной промышленности.

Известен магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, который дополнительно содержит празеодим, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, неодим, иттрий, химический состав которого соответствует формуле, ат. %: $${({\mathrm{Pr}}_{1-x1-x2}{R}_{x1}^1{R}_{x2}^2)}_{14-20}{(F{e}_{1-y1}C{o}_{y1})}_{ост.}{B}_{4-10}$$ , где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий; R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, неодим, Y; x1=0,2-0,5; у1=0,2-0,3; x1/x2≥5. Данный магнитный материал дополнительно может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь, при этом химический состав материала соответствует формуле, ат. %: $${({\mathrm{Pr}}_{1-x1-x2}{R}_{x1}^1{R}_{x2}^2)}_{14-20}{(F{e}_{1-y1}C{o}_{y1})}_{ост.}{T}_{y2}{B}_{4-10}$$ , где Τ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь; у2=0,001-6, а также изделие, выполненное из этого магнитного материала (Патент РФ №2244360 С1, опубл. 10.01.2005 г.).

Недостатками указанного магнитного материала являются недостаточно высокие магнитные свойства. Например, величина остаточной магнитной индукции (B_R) не превышает 8,2 кГс при наилучшем значении температурного коэффициента индукции (ТКИ)=0 %/°С. Кроме того, кольцевые магниты с радиальной текстурой, выполненные из данного магнитного материала, имеют недостаточный выход годных при механической обработке.

Известен магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, который дополнительно содержит церий, гадолиний и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, неодим, иттрий, празеодим, химический состав которого соответствует формуле, ат. %: $${(C{e}_{1-x1-x2-x3}{R}_{x1}^1{R}_{x2}^{2}G{d}_{x3})}_{14-20}{(F{e}_{1-y1}C{o}_{y1})}_{ост.}{B}_{4-10}$$ , где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий; R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, неодим, иттрий, празеодим, где x1=0,2-0,5; y1=0,2-0,3; x1+х2+х3=0,75-0,99; х3/x1≥0,01. Данный магнитный материал дополнительно может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь, при этом химический состав материала соответствует формуле, ат. %: $${(C{e}_{1-x1-x2-x3}{R}_{x1}^1{R}_{x2}^{2}G{d}_{x3})}_{14-20}{(F{e}_{1-y1}C{o}_{y1})}_{ост.}{T}_{y2}{B}_{4-10}$$ , где Τ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, необий, молибден, медь; у2=0,01-4, а также изделие, выполненное из этого магнитного материала (Патент РФ №2280910 С1, опубл. 27.07.2006 г.).

Недостатками указанного магнитного материала являются недостаточно высокие магнитные свойства. Например, величина модуля температурного коэффициента индукции (ТКИ) превышает 0,022. Кроме того, кольцевые магниты с радиальной текстурой, выполненные из этого материала, имеют недостаточный выход годных при механической обработке.

Наиболее близким аналогом предлагаемой группы изобретений, принятым за прототип, является магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, который дополнительно содержит празеодим, гадолиний, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, неодим, церий, при этом химический состав материала соответствует формуле, ат. %: $${({\mathrm{Pr}}_{1-x1-x2-x3}{R}_{x1}^1{R}_{x2}^{2}G{d}_{x3})}_{\mathrm{11,5}-16}{(F{e}_{1-y1}C{o}_{y1})}_{ост.}{B}_{6-10}$$ , где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий; R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, неодим, церий; x1=0,40-0,7; х2+х3=0,001-0,25; y1=0,2-0,43. Данный магнитный материал дополнительно может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь, при этом химический состав материала соответствует формуле, ат. %: $${({\mathrm{Pr}}_{1-x1-x2-x3}{R}_{x1}^1{R}_{x2}^{2}G{d}_{x3})}_{\mathrm{11,5}-16}{(F{e}_{1-y1}C{o}_{y1})}_{ост.}{T}_{y2}{B}_{6-10}$$ , где Τ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий, галлий, титан, ниобий, молибден, медь; у2=0,001-1, а также изделие, выполненное из магнитного материала (Патент РФ №2368969 С2, опубл. 27.09.2009 г.).

Недостатками магнитного материала, известного из прототипа, являются недостаточно высокие магнитные свойства. Например, величина остаточной индукции (B_R) не превышает 8,52 кГс. Кроме того, кольцевые магниты с радиальной текстурой, выполненные из данного материала, имеют недостаточный выход годных при механической обработке.

Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является разработка магнитного материала для постоянных магнитов и изделия, выполненного из него, обладающих повышенным значением остаточной магнитной индукции B_R при величине ТКИ, близкой к нулю, и увеличение выхода годных изделий - кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ), - выполненных из данного материала.

Для достижения поставленного технического результата предложен магнитный материал, содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, при этом химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. долей:

где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий;

x1=0,01-0,50;

у1=0,30-0,55;

у2=0,5-2,0;

z=0,001-0,1.

а также изделие, выполненное из данного магнитного материала.

Авторами установлено, что легирование материала системы (Pr_1-xR_x)-(Fe_1-yCo_y)-B оловом и медью в заявленных пределах не только облегчает спекание магнитов, но и понижает величину ТКИ материала (по абсолютной величине) без понижения B_R за счет замещения ионами этих металлов ионов железа в основной магнитной фазе. Легирование предлагаемого материала диспрозием также приводит к понижению величины ТКИ, а легирование материала гадолинием способствует увеличению значения B_R. Положительное влияние самария и/или церия, а также олова и меди в заявленных пределах связано с изменением химического состава основной магнитной фазы (Pr, R)₂(Fe, Co)₁₄B и фазового состава всего магнитного материала. Кроме того, ввиду относительно невысокой температуры плавления олова, трещины, заложенные при прессовании, в случае легирования материала оловом и медью начинают закрываться раньше, чем при легировании только медью, а при остывании магнитов и их усадке олово дольше остается расплавленным и предохраняет материал от растрескивания.

Примеры осуществления изобретения

Сплав заданного состава выплавляли в вакуумной индукционной печи. Магниты изготавливали по порошковой технологии, включающей дробление слитка до получения частиц размером менее 600 мкм, тонкий помол в защитной среде до монокристаллического размера частиц, прессование образцов в магнитном поле напряженностью 10 кЭ, спекание в вакуумной печи, шлифование полученных заготовок до размера 20×10×10 мм. Величину температурного коэффициента индукции (ТКИ) измеряли в области температур от -60 до +120°С. КМРТ шлифовали только по плоскости, поскольку на этой операции наблюдается наибольший процент брака по сколам и трещинам.

Одновременно был изготовлен магнитный материал состава, известного из прототипа. Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала, известного из прототипа, приведены в таблице. В таблице строка 1: нижнее граничное значение для x1=0,01 ат. долей, нижнее граничное значение для у1=0,30 ат. долей, нижнее граничное значение для у2=0,50 ат. долей, нижнее граничное значение для z=0,001 ат. долей; строка 6: верхнее граничное значение для x1=0,50 ат. долей; верхнее граничное значение для y1=0,55 ат. долей, верхнее граничное значение для у2=0,2 ат. долей, верхнее граничное значение для z=0,1 ат. долей. В строках 2-5 представлены промежуточные значения заявленных параметров.

Предложенный магнитный материал при величине ТКИ=0%/°С позволяет повысить величину выхода годных КМРТ при шлифовке с 40% для прототипа до минимального значения 69%, т.е. в 1,7 раза, на отдельных составах этот показатель достигает 80%, т.е. в 2 раза. При этом величина B_R повышается не менее чем на 0,98 кГс, по сравнению с магнитным материалом, известным из прототипа, что дает возможность без понижения точности понизить энергопотребление динамически настраиваемых гироскопов.

Применение предложенного магнитного материала и изделия, выполненного из него, позволяет повысить точность и стабильность работы динамически настраиваемых гироскопов и применять их в изделиях с автономным электропитанием.

1. Магнитный материал, содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, при этом химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. долей:
(Pr_1-x1 R_x1)_11,5-16(Fe_1-y1 Co_y1)_ост.(Sn_zCu_1-z)_y2 B_6-20,
где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий;
x1=0,01-0,50;
y1=0,30-0,55;
y2=0,5-2,0;
z=0,001-0,1.

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