6.7. Магнитотвёрдые материалы

Магнитотвёрдые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. Важнейшей характеристикой постоянного магнита является максимальное значение энергии магнитного поля в воздушном зазоре магнита.

В

Рис. 6.12. Постоянный магнит (2) с воздушным зазором (1)

незамкнутом магните (рис. 6.12) после его намагничивания у воздушного зазора образуются полюса, создающие размагничивающее магнитное поле с напряжённостью –Н1, которое снизит индукцию с остаточной индукции замкнутого магнита В_r до В1 — остаточной индукции магнита с воздушным зазором, которую можно найти по левой верхней части петли гистерезиса (рис. 6.13, кривая 1) материала, из которого выполнен магнит. Остаточная индукция разомкнутого магнита уменьшается с увеличением воздушного зазора сначала до В2, а затем до В3.

Энергия магнитного поля в зазоре, отнесённая к его объёму, определяется как В·Н/2 (Дж/м³). Зависимость энергии магнитного поля от его напряжённости и индукции показана на рис. 6.13 (кривая 2). Величина энергии магнитного поля при некоторых Н2 и В2 принимает максимальное значение, которое соответствует наиболее эффективному режиму использования материала магнита.

М аксимальная энергия в единице объёма зазора магнита зависит от остаточной индукции В_r , коэрцитивной силы Н_С и формы кривой размагничивания, характеризующей материал магнита: чем более выпукла кривая, тем большее значение магнитной энергии удаётся получить при прочих равных условиях.

М

Рис. 6.13. К определению максимальной удельной энергии магнитного поля в воздушном зазоре постоянного магнита: 1 — кривая размагничивания материала; 2 — кривая удельной энергии магнитного поля в воздушном зазоре

агнитотвёрдые материалы подвержены старению, при котором магнитный поток и удельная магнитная энергия с течением времени уменьшаются. Магнитные качества материала, состарившегося в результате вибраций, механической обработки или термоударов, можно восстановить повторным намагничиванием. Если же старение связано со структурными изменениями материала, то его магнитные качества утрачиваются безвозвратно.

Легированные мартенситные стали — легированы добавками вольфрама, хрома, молибдена, кобальта (табл. 6.3). Мартенситную структуру высокоуглеродистой стали получают закалкой (нагревом до температур, при которых углерод растворяется в железе) с последующим охлаждением в воде или масле. Мартенситной структуре свойственна удлинённая форма кристаллов с внутренним напряжением, что обеспечивает магнитную и механическую твёрдость материала.

Детали из мартенситных сталей изготовляют горячей ковкой или штамповкой с последующей закалкой их на мартенсит и намагничиванием.

Легированные стали не обладают высокими магнитными качествами, но дёшевы и легко поддаются механической обработке. Лучшими из них являются кобальтовые стали, но они дороже хромистых и вольфрамовых.

Комол — ковкий железо-кобальтово-молибденовый сплав, почти не содержащий углерода (табл. 6.3). Он обладает повышенной коэрцитивной силой и более выпуклую, чем у мартенситных сталей, кривую размагничивания, благодаря чему максимальная магнитная энергия постоянных магнитов из него доходит до 8 кДж/м³. Комол устойчив против старения при температурах до 600 ^ОС. Высокая стоимость ограничивает использование комола.

Магнико — сплавы железа с алюминием, никелем, медью, кобальтом, титаном (обозначаются в марках сплавов буквами Ю, Н, Д, К, Т соответственно) (табл. 6.3). Магнитные качества всех магнитотвёрдых материалов определяются состоянием их кристаллической решётки. Значительное искажение кристаллической решётки железа в магнитотвёрдых сплавах магнико повышает их магнитную энергию, но увеличивает твёрдость и хрупкость, что затрудняет их механическую обработку. Детали из таких материалов изготавливают литьём с последующим шлифованием или методами порошковой металлургии.

Надлежащие магнитные качества сплавы приобретают после термообработки, при которой выдерживаются длительность, температура нагрева и скорость охлаждения. Кобальтовые сплавы охлаждают в сильном постоянном магнитном поле, что повышает их магнитные качества.

Таблица 6.3

Характеристики магнитотвёрдых ферромагнетиков

Марка материала и его состав в % по массе	НС, КА/м	Вr, Тл	WВН, КДж/м3
ЕХ 9К 15М — легированная сталь ( 1C , 9Cr , 1,5Мо ,7W , 88,5Fe ) 12 КМВ — комол ( 12Co , 6Mo , 12W , 70Fe ) ЮНДК 24 — магнико ( 14Ni , 8Al , 24Co , 3Cu , 51Fe ) 52К Ф13 — викеллой ( 52Co , 13V , 35Fe ) ПтК 76 — платинакс ( 76Pt , 24Co )	12,7 19,9 47,8 39,8 318,4	0,82 1,05 1,23 0,6 0,79	4,4 8,8 31,8 14 95,5

Викеллой – сплав железа, кобальта и ванадия (табл. 6.3), обладающий значительной коэрцитивной силой, максимальной энергией до 14 кДж/м³ и поддающийся обработке холодной прокаткой и волочением.

Платинакс — сплав кобальта с платиной (табл. 6.3), весьма дорогой, но обладающий высокой коэрцитивной силой и значительной максимальной удельной энергией. Платинакс используется в электронной промышленности и приборостроении.

Металлокерамические магниты изготовляют из измельчённых магнитотвёрдых сплавов методами порошковой металлургии, позволяющими решить проблему массового безотходного автоматизированного производства деталей небольших размеров со сложной конфигурацией. Смесь порошков сначала прессуют в пресс-формах при давлении 400…800 МПа и температуре спекания компонентов смеси около 1300 ^ОС, затем полученные изделия подвергают термической или термомагнитной обработке.