Магнитный материал и изделие, выполненное из него

Авторы патента:

Бузенков Александр Владимирович (RU)

H01F1/057 - Магниты; индуктивности; трансформаторы; выбор материалов, обеспечивающих магнитные свойства (керамические составы на основе ферритов C04B 35/26; сплавы C22C; термомагнитные приборы H01L 37/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры или подобные акустические электромеханические преобразователи H04R)

B22F3/12 - уплотнение и спекание (ковкой B22F 3/17)

Владельцы патента RU 2537947:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к магнитному материалу, содержащему празеодим, железо, кобальт, бор, медь и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), самарий (Sm), церий (Ce). Материал дополнительно содержит цинк (Zn). Химический состав материала соответствует формуле, ат.%: (Pr_1-x1-x2R¹ _x1R² _x2)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zn_zCu_1-z)_y2B_6-20, где R¹ - по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Gd, Dy, R² - по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Sm, Ce; x1=0,20-0,50; x2=0,01-0,25; y1=0,30-0,55; y2=0,1-3,0; z=0,001-0,1. Также предложено изделие, выполненное из вышеуказанного магнитного материала. Техническим результатом изобретения является повышение выхода годных кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ) с высокой температурной стабильностью магнитных свойств, а также повышение коэрцитивной силы H_CI магнитного материала. 2 н.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 (Sagawa М. 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) на основе неодима, железа, кобальта, бора следующего химического состава, ат. %: Nd₁₅(Fe_1-xCo_x)₇₇B₈, где x=0-0,2.

Недостатками известного магнитного материала являются недостаточно высокие магнитные свойства: величина коэрцитивной силы H_CI не превышает 10,3 кЭ, а величина температурного коэффициента индукции (ТКИ) может достигать - 0,074%/°C. Изделиями из известного магнитного материала могут быть, например, призмы, цилиндры, кольцевые магниты с радиальной либо аксиальной текстурой и т.д. Недостаточно высокое значение величины H_CI магнитного материала, из которого изготавливаются такие изделия, накладывает ограничения на геометрические размеры изделий, особенно кольцевых магнитов с радиальной текстурой, а недостаточно высокая температурная стабильность материала (высокое значение ТКИ по абсолютной величине) ограничивает область применения изделий из него в технике.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является магнитный материал (патент РФ №2368969), содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), самарий (Sm), церий (Ce), а также изделие, выполненное из указанного материала.

Основным недостатком данного технического решения при использовании в промышленном производстве является недостаточно высокий выход годных кольцевых магнитов с радиальной текстурой при изготовлении (менее 25%) и недостаточно высокая коэрцитивная сила H_CI.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка магнитного материала с высокой температурной стабильностью магнитных свойств, обеспечивающего повышение выхода годных кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ) и повышение коэрцитивной силы H_CI магнитного материала за счет использования нового состава данного материала.

Для достижения указанной технической задачи предложен магнитный материал, содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), самарий (Sm), церий (Ce), который дополнительно содержит цинк (Zn), при этом химический состав материала соответствует формуле, ат.%: (Pr_1-x1-x2R¹ _x1R² _x2)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zn_zCu_1-z)_y2B_6-20, где R¹ - по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Gd, Dy, R² - по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Sm, Ce; x1=0,20-0,50; x2=0,01-0,25; y1=0,30-0,55; y2=0,1-3,0; z=0,001-0,1.

Для достижения технической задачи разработано также изделие, которое выполнено из предлагаемого в изобретении магнитного материала.

Авторами установлено, что легирование материала системы (Pr_1-xR_x)-(Fe_1-yCo_y) - В цинком и медью, а именно комплексом (Zn_zCu_1-z), где z=0,001-0,1, не только облегчает прессование и спекание магнитов, но и повышает магнитные свойства материала за счет замещения ионами этих металлов ионов железа в основной магнитной фазе. Под основной магнитной фазой понимается система, включающая Pr с элементами R¹, R², система, содержащая Fe и Co, а также B. Цинк имеет температуру плавления T_пл=420°C, а медь - T_пл=1083°C, поэтому трещины, образованные прессованием, при наличии комплекса (Zn_zCu_1-z) начинают закрываться раньше, чем при использовании только меди, а во время остывания магнитов и их усадки цинк дольше расплавлен и предохраняет материал от растрескивания. Установлено также, что положительное влияние самария и церия, а также цинка и меди в заявленных пределах связано с изменением химического состава основной магнитной фазы, а также остального фазового состава материала.

Сплав заданного состава получали путем выплавки в вакуумной индукционной печи. Магниты изготавливали по порошковой технологии, включающей: дробление слитка до размера менее 600 мкм, тонкий помол в защитной среде до монокристаллического размера частиц, прессование образцов в магнитном поле при 10 кЭ, спекание в вакуумной печи при температуре 1080-1150°C. Образец изделия получали из заготовок образцов изделий путем шлифовки до размера 20×10×10 мм. Величину ТКИ измеряли в области температур от -60 до +100°C.

Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа приведены в таблице (B_R - остаточная магнитная индукция, кГс). В строке 1 данной таблицы представлены: нижнее граничное значение для x1=0,20 ат. долей, верхнее граничное значение для y1=0,55 ат. долей, верхнее граничное значение для y2=3 ат. доли, нижнее граничное значение для x2=0,01 ат. долей, верхнее граничное значение для z=0,1 ат. долей; в строке 4 таблицы представлены: верхнее граничное значение для x1=0,5 ат. долей; нижнее граничное значение для y1=0,30 ат. долей, верхнее граничное значение для x2=0,25 ат. долей, нижнее граничное значение для y2=0,1 ат. долей, нижнее граничное значение для z=0,001 ат. долей. В строках 2, 3 таблицы представлены промежуточные значения указанных параметров.

Предложенный магнитный материал при величине ТКИ в диапазоне от -0,0043 до +0,005%/°C позволяет повысить величину выхода годных кольцевых магнитов с радиальной текстурой при шлифовке с 25% для прототипа до минимального значения 75%, т.е. в 3 раза, на отдельных составах - до 90%, т.е. в 3,6 раза. При этом величина H_CI повышается минимум в 1,5 раза по сравнению с H_CI материала-прототипа, что является крайне важным показателем для кольцевых магнитов с радиальной текстурой, поскольку они имеют высокий размагничивающий фактор.

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

Таблица
Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа
Предлагаемый материал	№	Состав магнитного материала, ат.%	Выход годных KMPT, %	Магнитные свойства
	H_CI, кЭ	B_R, кГс	ТКИ, %/°C (от -60 до +100°C)
	1	(Pr_0,799Dy_0,19Gd_0,01Sm_0,005Ce_0,005)_13,2(Fe_0,45Co_0,55)_ост.(Zn_0,1Cu_0,9)₃B₂₀	75	17	8,6	+0,003
	2	(Pr_0,74Dy_0,22Gd_0,03Sm_0,05Ce_0,05)_14,1(Fe_0,54Co_0,46)_ост.(Zn_0,02Cu_0,98)B₁₈	89	16	8,6	+0,003
	3	(Pr_0,44Dy_0,49Gd_0,01Sm_0,05Ce_0,01)_12,8(Fe_0,65Co_0,35)_ост.(Zn_0,01Cu_0,99)_1,2B₇	90	15	8,7	-0,0043
4	(Pr_0,25Dy_0,49Gd_0,01Sm_0,24Ce_0,01)_13,2(Fe_0,70Co_0,30)_ост.(Zn_0,001Cu_0,999)_0,1B₁₇	85	15	8,7	+0,005
Прототип	(Pr_0,509Dy_0,48Sm_0,01Gd_0,001)_13,6(Fe_0,65Co_0,35)_ост.Al_0,13Cu_0,001B_6,0	25	10	8,52	-0,005

1. Магнитный материал, содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), самарий (Sm), церий (Ce), отличающийся тем, что он дополнительно содержит цинк (Zn), при этом химический состав материала соответствует формуле, ат.%:
(Pr_1-x1-x2R¹ _x1R² _x2)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zn_zCu_1-z)_y2B_6-20,
где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Gd, Dy,
R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Sm, Ce,
x1=0,20-0,50,
x2=0,01-0,25,
y1=0,30-0,55,
y2=0,1-3,0,
x=0,001-0,1.

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

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности.

Способ повышения ресурса и надежности устройств с нанодисперсной магнитной жидкостью // 2536863

Изобретение относится к электротехнике, к приборостроению и машиностроению, и может быть использовано при изготовлении устройств с нанодисперсной магнитной жидкостью.

Способ спекания радиопоглащающих магний-цинковых ферритов // 2536151

Способ получения полосы из электротехнической стали с ориентированным зерном и полученная таким образом электротехническая сталь с ориентированным зерном // 2536150

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению полосы из электротехнической стали с ориентированным зерном (GOES). Для повышения магнитных характеристик расплавленную сталь, легированную кремнием, непрерывно разливают в заготовку, имеющую толщину в диапазоне от 50 до 100 мм, и подвергают горячей прокатке в многочисленных однонаправленных прокатных клетях для получения рулонов готовой горячекатаной полосы, имеющей толщину в диапазоне от 0,7 до 4,0 мм, с последующими непрерывным отжигом горячекатаной полосы, холодной прокаткой, непрерывным отжигом холоднокатаной полосы для инициирования первичной рекристаллизации и необязательно обезуглероживанием и/или азотированием, нанесением покрытия на отожженную полосу, отжигом намотанной в рулон полосы для инициирования вторичной рекристаллизации, непрерывным термическим выравнивающим отжигом отожженной полосы и нанесением на отожженную полосу покрытия для электрической изоляции, и продукт, полученный таким образом.

Способ получения ферритовых изделий путем радиационно-термического спекания // 2536022

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению магнитомягких ферритовых материалов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности.

Способ получения листа из нетекстурированной электротехнической стали // 2534638

Изобретение относится к области металлургии. Для получения листа из нетекстурированной электротехнической стали с высокой плотностью магнитного потока в направлении прокатки осуществляют горячую прокатку исходного материала из стали, содержащей в мас.%: С не более 0,03, Si не более 4, Мn 0,03-3, Аl не более 3, S не более 0,005, N не более 0,005 и остальное Fe и неизбежные примеси, отжиг в горячей зоне, холодную прокатку и окончательный отжиг, при этом размер кристаллического зерна перед холодной прокаткой доводят до не более 100 мкм, а окончательный отжиг осуществляют быстрым нагревом до температуры, превышающей температуру рекристаллизации, со средней скоростью повышения температуры не менее 100°С/с.

Способ получения материала на основе оксидного гексагонального ферримагнетика с w-структурой и материал, полученный этим способом // 2534481

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению материала на основе оксидного гексагонального ферримагнетика с W-структурой. Может использоваться в радиотехнике и радиоэлектронике, например, в качестве радиопоглощающих покрытий.

Способ получения спечённых магнитотвёрдых сплавов системы железо-хром-кобальт // 2534473

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт. Готовят шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта и легирующих элементов, и проводят ее механоактивацию в планетарной шаровой мельнице в среде этилового спирта в течение 2-15 минут, с последующей сушкой.

Лист из магнитной стали с полуорганическим изоляционным покрытием // 2534461

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из магнитной стали с полуорганическим изоляционным покрытием. Покрытие содержит неорганический компонент и органическую смолу.

Способ получения магнитовосприимчивых водорастворимых гидрофобно модифицированных полиакриламидов и магнитная жидкость на их основе // 2533824

Изобретение относится к способу получения магнитовосприимчивых водорастворимых гидрофобно модифицированных полиакриламидов, а также к магнитной жидкости, содержащей такой полиакриламид, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для контролируемых под действием магнитного поля процессов доставки и размещения магнитных жидкостей при гидроразрыве пласта породы (ГРП), а также в качестве средства мониторинга их нахождения при прокачке по трубам, при нахождении в скважине или в трещине.

Способ спекания радиопоглощающих магний-цинковых ферритов // 2537344

Способ формирования корпуса бурового инструмента, включающий технологии формовки и спекания, и корпус для бурового инструмента, сформированный этим способом // 2536579

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению корпуса бурового инструмента. Порошковую смесь, содержащую твердые частицы, частицы металлической матрицы и органический материал, инжектируют в полость пресс-формы, уплотняют порошковую смесь для формования неспеченного корпуса и спекают до заданной конечной плотности для формирования, по меньшей мере, части корпуса бурового инструмента.

Способ спекания радиопоглащающих магний-цинковых ферритов // 2536151

Способ получения ферритовых изделий путем радиационно-термического спекания // 2536022

Способ получения спечённых магнитотвёрдых сплавов системы железо-хром-кобальт // 2534473

Способ получения порошковых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт // 2533068

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт. Шихту, содержащую порошки железа, хрома, кобальта, легирующие добавки и до 15 мас.% нанопорошков железа, хрома и кобальта, формуют с получением заготовки.

Композиция, улучшающая обрабатываемость резанием // 2529128

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий на основе железа, пригодных для обработки резанием. Порошковая композиция на основе железа содержит порошок на основе железа и улучшающую обрабатываемость резанием добавку, содержащую по меньшей мере один силикат из группы глинистых минералов.

Электрод, применяемый для поверхностной обработки разрядом, и способ его изготовления // 2528527

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу изготовления электрода для поверхностной обработки разрядом. Состав, включающий электропроводный смешанный материал с размером частиц менее 5 мкм, содержащий первый порошок, полученный с помощью по меньшей мере любого процесса, выбранного из группы, состоящей из метода распыления, метода восстановления и карбонильного метода, и второй порошок, полученный методом измельчения, и связующее, причем электропроводный смешанный материал содержит второй порошок с долей 10-65 вес.%, подвергают инжекционному формованию с получением сырой заготовки.

Спеченная твердосплавная деталь и способ // 2526627

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получения спеченных твердосплавных деталей из градиентных твердых сплавов. Может использоваться для изготовления режущих вставок инструмента для машинообработки металла, горного инструмента или инструмента для холодной штамповки.

Способ получения изделий из твердого сплава // 2542197

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения твердосплавного концевого инструмента. В сплав на основе карбида вольфрама с размером частиц 1-3 мкм добавляют ультрадисперсный порошок (УДП) карбида вольфрама с размером частиц 50-100 нм в количестве 2-5% от веса изделия. Порошок прессуют и спекают. Добавление УДП в твердый сплав приводит к выравниванию микроструктуры по величине зерна и повышению чистоты поверхности изделия, что исключает механическую обработку поверхностей мелкоразмерных отверстий в концевом инструменте. 3 ил., 1 пр.