Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов, используемых в различной аппаратуре, устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д.

Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются коэрцитивная сила Н_с, остаточная индукция В_r и максимальная удельная магнитная энергия W_м отдаваемая материалом в пространство. Магнитная энергия пропорциональна произведению В_r и Н_c. Поскольку В_r ограничена магнитным насыщением ферромагнетика (железа), увеличение магнитной энергии достигается повышением коэрцитивной силы Н_c.

Коэрцитивная сила магнитотвердых материалов на 1 – 4 десятичных порядка больше, чем у магнитомягких материалов, однако магнитная проницаемость M у них меньше. При этом чем больше Н_с, тем меньше M.

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называют старением магнита. Старение магнитов может быть обратимым и необратимым.

Обратимое старение происходит под действием ударов, толчков, резких колебаний температуры, воздействия внешних постоянных полей. Оно приводит к снижению В_r на 1 – 3 %. Магнитные свойства при этом старении можно восстановить путем повторного намагничивания.

Необратимое старение связано с изменением структуры материала во времени и повторным намагничиванием не устраняется.

Высокая коэрцитивная сила у магнитотвердых материалов достигается созданием в кристаллической решетке большого количества внутренних напряжений, дислокаций и других дефектов путем легирования материала и последующей термической обработки. Кроме того, очень высокую Н_с получают у материалов, состоящих из смеси магнитной и немагнитной фаз. При этом частицы магнитной фазы являются настолько мелкими, что не делятся на домены.

По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на следующие группы: углеродистые и легированные стали мартенситной структуры; литые высококоэрцитивные сплавы; металлокерамические и металлопластические магниты; магнитотвердые ферриты; сплавы на основе редкоземельных элементов; сплавы для магнитных носителей информации.

РАЗДЕЛ 2.4.1

Углеродистые и легированные стали мартенситной структуры

Углеродистая сталь применяется для изготовления небольших по размеру магнитов. Обычно для этой цели используется сталь У10 – У12, которая после закалки имеет Н_c = 750 – 760 А/м и В_r – 0,8 – 0,85 Тл.

Высокая коэрцитивная сила легированной стали достигается в результате максимального деформирования кристаллической решетки и создания тем самым большого количества внутренних напряжений, дислокаций и других дефектов путем легирования высокоуглеродистых сталей W, Мо, Сr или Со и последующей термической обработки для создания мартенситной структуры.

Хромистая сталь марок ЕХ (0,95 – 1,1% С, 1,3 – 1,6% Cr) и ЕХ3 (0,95 – 1,1% С, 2,8 – 3,6% Cr) имеет приблизительно такие же магнитные свойства, как и углеродистая сталь. Она обладает большей прокаливаемостью, поэтому ее можно использовать для изготовления магнитов больших размеров.

Стали марок ЕХ5К5 и ЕХ9К15М2, содержащие наряду с хромом 5 или 15% Со, обладают наиболее высокими магнитными свойствами (Н_c = 1250 – 2100 А/м и В_r = 0,8 – 0,85 Тл) по сравнению с другими сталями.

Эти стали обладают низкими магнитными свойствами, сравнительно дешевы и допускают механическую обработку на металлорежущих станках. Величина В_r этих материалов не менее 0,8 – 1,0 Тл, Н_с не менее 7,16 – 12 кА/м, Wм составляет 1 – 4 кДж/м³. Для получения гарантируемых магнитных свойств мартенситные стали подвергают термообработке, специфичной для каждой марки стали, и пятичасовой структурной стабилизации в кипящей воде. Применение мартенситных сталей вследствие их низких магнитных свойств в настоящее время ограничено. Их используют только в наименее ответственных изделиях.

РАЗДЕЛ 2.4.2