Магнитотвердые материалы

По составу, состоянию и способу получения магнитотвердые материалы подразделяют на: 1) легированные
мар-тенситные стали, 2) литые магнитотвердые сплавы, 3) магниты из порошков, 4) магнитотвердые ферриты,
5) пластически деформируемые сплавы и магнитные ленты.

Характеристиками материалов для постоянных магнитов служат коэрцитивная сила, остаточная индукция и
максимальная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство. Магнитная проницаемость материалов
для постоянных магнитов ниже, чем магнито-мягких материалов, причем чем выше коэрцитивная сила, тем
меньше магнитная проницаемость.

Легированные мартенситные стали. Эти стали являются наиболее простым и доступным материалом для
изготовления постоянных магнитов. Они легируются добавками вольфрама, хрома, молибдена, кобальта.
Значение \Л/макс для мартенситных сталей составляет 1—4 кДж/м³. Магнитные свойства таких сталей,
указанные в табл. 9-9, гарантируются для мартенситных сталей после осуществления термообработки,
специфичной для каждой марки стали, и пятичасовой структурной стабилизации в кипящей воде. Мартен-
ситные стали начали применять для производства постоянных магнитов раньше всех других материалов. В
настоящее время они имеют ограниченное применение ввиду их невысоких магнитных свойств, но полностью от
них не отказываются, так как они дешевы и допускают механическую обработку на металлорежущих станках.

Таблица 9-9

Состав и свойства мартенситиых сталей для постоянных магнитов

Химический состав, % (остальное железо)

Литые магнитотвердые сплавы. Большую магнитную энергию имеют тройные сплавы А!—N1—Ре которые
раньше называли сплавами альни.

При добавлении кобальта, меди, кремния, ниобия или титана в эти сплавы повышаются их магнитные
свойства облегчается технология изготовления, обеспечивается повторяемость параметров и получение
улучшенных механических характеристик.

Сплав альни с добавкой кремния называли альниси, а сплав альни с кобальтом— альнико: сплав альнико с
содержанием кобальта 24 % — магнико. Каждый из этих сплавов теперь имеет марку, состоящую из букв и
цифр, однако в заводских чертежах иногда можно встретить и прежние названия сплавов. Магнитные свойства
магнитотвердых материалов зависят от кристаллографической и магнитной текстур. У всех магнитотвердых
материалов наилучшие магнитные свойства достигаются при значительном искажении решетки.

Резко улучшенные магнитные свойства сплавов обусловливаются не только составом, но и специальной
обработкой —охлаждением магнитов после отливки в сильном магнитном поле.

Если отлитый магнит анизотропен, то наилучшие свойства у него обнаруживаются в том направлении, в
котором при охлаждении на него действовало магнитное поле.

Недостатком сплавов типа альни, альнико и магнико является трудность изготовления из них изделии
точных размеров вследствие хрупкости и твердости сплавов, допускающих обработку только путем шлифовки
Современная маркировка сплавов системы А1—N1—Ре распространяется на составы, магнитные свойства
которых приведены в табл. 9-10.

Бескобальтовые сплавы (ЮНД) наиболее дешевые. Сплавы, содержащие кобальт (ЮНДК15 и ЮНДК18).
применяют в тех случаях, когда требуются повышенные магнитные свойства и нужен изотропный магнитный
материал. Сплавы с 24 % кобальта, обладающие высокими магнитными свойствами в направлении магнитной
текстуры, используют при направленном магнитном потоке. Сплавы с направленной кристаллизацией
например ЮН13ДК25БА, ЮНДК35Т5БА, обладают наибольшим запасом магнитной энергии, а потому из них
могут быть изготовлены малогабаритные магниты При большом воздушном зазоре предпочтение следует
отдавать сплавам с наибольшей коэрцитивной силой, например сплавам, содержащим титан.— ЮНДК40Т8 и
др. Монокристаллические сплавы обладают высокой коэрцитивной силой, большой запасенной энергией (у
сплава ЮНДК35Т5АА она самая большая), повышенной механической прочностью но достаточно дорогие

Таблица 9-10 Магнитные свойства сплавов для постоянных магнитов

ЮНДК34Т5 I 14,0 I 92 I 0,75 I Равноосная

ЮНДК35Т5Б | 16,0 | 96

ЮНДК35Т5 | 18,0

ЮНДК35Т5БА |36.0 (110 11,02 (Столбчатая

ЮНДК35Т5АА |40.0 115

ЮНДК36Т7 |18.0

1.05 | Монокристаллическая

Равноосная

ЮНДК40Т8 И 8,0 145 10,70

•(45 '0,90 Монокристаллическая

Магниты из порошков. Невозможность получить особенно мелкие изделия со строго выдержанными
размерами из литых железно-никельалюминиевых сплавов обусловила использование методов порошковой
металлургии для производства постоянных магнитов. При этом следует различать металлокерамические
магниты и магниты из зерен порошка, скрепленных тем или иным связующим веществом
(металлопластические магниты).

Изготовление металлокерамических магнитов сводится к прессованию порошка, состоящего из
измельченных тонкодисперсных магнитотвердых сплавов, и к дальнейшему спеканию при высоких
температурах по аналогии с процессами обжига керамики. Мелкие детали при такой технологии получаются
достаточно точных размеров и не требуют дальнейшей обработки.

Изготовпение металпопластических магнитов аналогично прессовке из пластмасс только в порошке
содержится наполнитель в виде зерен измельченного магнитотвердого сплава. Из-за жесткого наполнителя
необходимы более высокие удельные давления на материал, доходящие до 500 МПа. Металлопорошко-вые
магниты экономически выгодны при массовом автоматизированном производстве, сложной конфигураци-и и

небольших размерах магнитов. Металлопластическая технология позволяет получать магниты с арматурой

Металлокерамические магниты обычно имеют пористость 3—5 %, а запасенная магнитная энергия и
остаточная индукция у них на 10—20% ниже, чем у литых магнитов из соответствующего сплава, зато по ме-
ханической прочности они превосходят литые магниты в три-шесть раз. Магнитные свойства
металпопластических магнитов довольно низкие. Коэрцитивная сила по сравнению с литыми магнитами ниже на
10—15 %. остаточная индукция — на 35—50 %, а запасенная магнитная энергия —на 40—60 %. Понижение ма-
1ни1ных свойст обьясняется большим содержанием (до 30 %) немагнитного связующею вещееша
Метаппоппастические магниты обладают высоким электрическим сопротивлением, что позволяет применять их
в аппаратуре с наличием переменного магнитного поля повышенной частоты. У выпускаемых
промышленностью металлокерамических магнитов одиннадцати марок (ММК1—ММК11) магнитные свойства
весьма различно!. Так, коэрцитивная сила может быть 24—128 кА/м, остаточная индукция 0.48—1.1 Тл, а
запасенная магнитная энергия 3—16 кДж/м°. Как видно по коэрцитивной силе и по магнитной энергии
различие более 5 раз.

Магнитотвердые ферриты. Бариевый феррит ВаО*6Ре₂О₃ (фер-роксдюр) наиболее известен из
магнитотвердых ферритов. Б отличие от магнитомягких ферритов он имеет не кубическую, а гексагональную
кристаллическую решетку с одноосной анизотропией. Промышленность выпускает два вида бариевых магнитов:
марок БИ (бариевые изотропные) и марок БА (бариевые анизотропные). Технология производства БИ подобна
технологии магнитомягких ферритов, а в технологическом процессе производства БА операция прессовки
ведется в ориентирующем магнитном поле напряженностью 650—800 кА/м.

Магниты из феррита бария имеют коэрцитивную силу до 240 кА/м. что превосходит коэрцитивную силу
магнитов системы альни (145 кА/м), однако по остаточной индукции 0,38 Тл и запасенной магнитной энергии
12,4 кДж/м" они уступают этим сплавам (1,4 Тл и 40 кДж/м").

Бариевые магниты целесообразно изготовлять в виде шайб и тонких дисков: они отличаются высокой
стабильностью в отношении воздействия внешних магнитных полей и не боятся тряски и ударов Плотность
бариевого феррита 4,4—4,9 Мг/м", примерно в 1,5—1,8 раза меньше плотности литых
железоникельалюминиевых сплавов (=7,3—7,8 Мг/м³); магниты получаются легкими. Удельное сопротивление
бариевого феррита 10⁴—10⁷ Ом*м, т. е. в миллионы раз выше удельного сопротивления литых металлических
магнитотвердых сплавов. Магниты из бариевого феррита можно использовать при высоких частотах По
стоимости они почти в 10 раз дешевле магнитов из ЮНДК24.

К недостаткам бариевых магнитов следует отнести низкую механическую прочность, большую хрупкость
сильную зависимость магнитных свойств от температуры. Кроме того, они обнаруживают необратимое
изменение магнитных свойств после охлаждения от комнатной до низких температур (•—60 °С) и нагревания до
первоначальной температуры.

Кобальтовые магниты характеризуются большей температурной стабильностью по сравнению с бариевыми.
Стоимость магнитов из кобальтовых ферритов выше чем у бариевых.