Магнитотвердый материал и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий. Химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли: (Pr_1-x1Dy_x1)_12-15(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7, где x1=0,44-0,48; y1=0,30-0,36; y2=1,0-2,0; z=0,005-0,05. Также предложено изделие из магнитотвердого материала. Техническим результатом изобретения является увеличение остаточной индукции материала при сохранении значения температурного коэффициента индукции. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с металлами группы железа и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использовано в авиационной промышленности в навигационных приборах.

Известен магнитный материал на основе празеодима, железа, кобальта, алюминия, бора следующего химического состава, ат.%: Pr₁₅Fe_62,5Co₁₆Al₁B_5,5 (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. N. 10. P. 5510-5512).

Известен магнитный материал на основе неодима, железа, кобальта, бора следующего химического состава, ат.%: Nd₁₅(Fe_1-xCo_x)₇₇B_8, где x=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. N. 5. P. 1584-1589).

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, является недостаточная температурная стабильность (высокое значение температурного коэффициента индукции (ТКИ) по абсолютной величине).

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является магнитный материал (RU 2244360, H01F 1/057, опубл. 10.01.2005), содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит празеодим, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, неодим, иттрий, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

,

где R¹ - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Tb, Dy, Но, Er, Tm,

R² - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Sm, La, Ce, Nd, Y;

x1=0,2-0,5;

y1=0,2-0,3;

x1/x2≥5.

Недостатками магнитного материала-прототипа являются недостаточно высокие магнитные свойства. Например, при величине ТКИ = 0%/°С (20-100°С) величина остаточной индукции (B_R) не превышает 8,2 кГс.

Изделиями из магнитного материала-прототипа являются любые типоразмеры магнитов (например, призмы, цилиндры, кольца с аксиальной, диаметральной и радиальной текстурой (КМРТ)).

Недостатками изделий являются:

невозможность изготовления магнитов с величиной ТКИ = 0%/°С (20-100°С) при значении остаточной индукции B_R более 8,2 кГс.

Техническим результатом изобретения является увеличение остаточной индукции материала при сохранении значения ТКИ = 0%/°С (-60÷+80°С).

Технический результат достигается магнитотвердым материалом, содержащим празеодим, железо, кобальт, бор, диспрозий, медь, отличающимся тем, что он дополнительно содержит цирконий, при этом химический состав магнитотвердого материала соответствует формуле, ат. доли:

(Pr_1-x1Dy_x1)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7,

где x1=0,44-0,48;

y1=0,30-0,36;

y2=1,0-2,0;

z=0,005-0,05.

Предложено также изделие, выполненное из указанного выше магнитотвердого материала.

В результате проведенного эксперимента установлено, что в системе ((Pr_1-x1Dy_x1)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7 цирконий замещает атомы празеодима в основной магнитной фазе (Pr,Zr,Dy)₂(Fe,Co,Cu)₁₄B, а медь замещает атомы железа и кобальта. При этом намагниченность подрешетки Fe, Со становится меньше, так же как и намагниченность подрешетки Pr, связанной с подрешеткой Fe, Со ферромагнитно. В этом случае для получения ТКИ = 0%/°С требуется меньшее количество Dy, который имеет величину магнитного момента значительно выше, чем Dy, Fe, Со, и упорядочен антиферромагнитно магнитным моментам этих элементов. Это и приводит к увеличению величины B_R без уменьшения значения ТКИ.

Примеры осуществления.

Сплав заданного состава выплавляли 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 10 кЭ, спекание в вакуумной печи при температуре 1080-1140°С. Полученные заготовки магнитов шлифовали до размера 10×10×10 мм. Величину ТКИ измеряли в области -60÷+80°С.

Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа приведены в таблице 1. В примерах 1, 2 приведены граничные значения составов, в примерах 3, 4, 5 - средние значения составов.

Как видно из таблицы, величина остаточной индукции предлагаемого материала (при значении ТКИ = 0%/°С) выше, чем у материала-прототипа, на 6-7%. При этом следует учесть, что предлагаемый материал был измерен в более широком температурном диапазоне (-60÷+80°С), чем материал-прототип (+20÷+100°С).

В разработанном материале отсутствует также титан, наличие которого приводит к появлению фазы Ti(Fe,Co)B₄, а соответственно уменьшению содержания основной магнитной фазы и ухудшению свойств магнитов.

Применение предлагаемого магнитного материала позволит повысить точность и стабильность работы навигационного оборудования, а также производить магниты любых типоразмеров.

1. Магнитотвердый материал, содержащий железо, кобальт, бор, диспрозий, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, при этом химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли:
(Pr_1-x1Dy_x1)_12-15(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7,
где x1=0,44-0,48;
y1=0,30-0,36;
y2=1,0-2,0;
z=0,005-0,05.

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