17 Магнитные свойства соединений типа SmCo5

Магнитную структуру можно представить как две подрешетки, одна из которых включает Co, а другая Sm. Возникает положительные взаимодействия между атомами Co, атомами Sm, и «-» между Co и Sm. Sm является тяжелым РЗМ Ме с большим магнитным моментом, спиновый и орбитальный момент параллельны и полный момент атома J=L+S. Тогда отрицательное обменное взаимодействие приводит к антиферромагнитному упорядочению, что приводит к снижению суммарного магнитного момента. При этом возникает сильная температурная зав-ть намагниченности (4пIs от Т). В соединении SmCo5 сильная одноосная анизотропия, и самая высокая константа анизотропии К1=19,3*10⁶ Дж/м³

Является высококоэрцитивным материалом.

Учебник: 4п Is = 1,13 Тл

TG = 724 С

HA = 32000 кА/м

(BH)max = 256 кДж/м³

JHC = 4000 кА/м

Лекции:

-Берут сплав с избытком Sm

-Литьё (перитектическое превращение)

-Гомогенизация 1200С

-Измельчение 40 минут

-Прессование в магнитном поле (прессование способствует встряхиванию частиц => улучшение текстуры)

-Нужно повернуть частицы => спекание 1080С 1 час.

-Охлаждение с контролируемой скоростью до 900С (охлаждение идет под защитой)

- Быстрое охлаждение до Ткомн Напускают газ аргон???

(BH)max = 20-23МГсЭ

JHC = 25 кЭ

Br =10 кГс

Петля у нетекстурованного материала намагничивается даже в поле анизотропии ( под углом 45 градусов)

W=YHcosφ

Прикладываются большие поля: 4п Is = 10,5 кГс => 11,2 кГс.

У SmCo5 высокая const анизотропии, от которой зависит стабильность, которая сильно зависит от Т => коэф индукции на 2 порядка выше, Ткюри=700С => работают при Т=300-400С и то не долго.

18 Магнитные свойства соединений типа Sm2Co17

Политипное соединение. Образуется по перитектической реакции. Магнитноосное соединение т.е не обладает осью легкого намагничивания.(монокристалл). Является наиболее перспективным материалом для изготовления постоянных магнитов.

Учебник: 4п Is = 1,23 Тл

TG = 920 С

HA = 5200 кА/м

(BH)max = 302 кДж/м³

JHC = 480 кА/м

К1=3,2*10⁶ Дж/м³

-литьё 1300-1500С

-гомогенизация 1200С 1 час

- измельчение 40 минут

-текстурование (долен быть однофазный сплав)

- гомогенизация 1150С, 1-2 часа в среде аргона

- спекание 1100С, 1-5 часов

- быстрое охлаждение до 800С, 4-20 часов

- медленное охлаждение 100 С/час до 400С

- охлаждение на воздухе до Ткомн

Sm2Co17 = SmCo5 (гексагональная) + Sm2Co7 (тетрагон)

Лекции: Tс = 700 С

Br = 10-11 кГс

(BH)max = 25-32 МГсЭ

JHC = 25-35 кЭ

BHC=10кЭ

Существуют две модификации соединения Sm₂Co₁₇ – гексагональная и ромбоэдрическая.

Намагниченность насыщения 1230 Тл, температура Кюри Тс=920 С. Это самые высокие свойства из всех соединений РЗМ – Со (см. табл.). Но коэрц сила не оч высокая 480 кЭ.

19 Технология спечённых магнитов SmCo5.

Важную роль в получении высоких магнитных характе­ристик спеченных магнитов играет температура спекания. Увеличение температуры спекания выше 1100 °С приводит к увеличению удельной намагниченности насыщения и от­носительной плотности магнитов. Повышение удельной намагниченности связывают с увеличением магнитной тек­стуры в процессе спекания. Однако, коэрцитивная сила до­стигает своего максимума в процессе спекания при темпе­ратуре 1100°С, увеличение температуры спекания снижает коэрцитивную силу магнитов. Отсюда возникает необходи­мость для каждого состава сплавов устанавливать экспе­риментально оптимальную температуру спекания, обеспе­чивающую оптимальное сочетание магнитных характе­ристик.

Улучшить свойства спеченных магнитов можно путем дополнительной термообработки, заключающейся в отжиге при определенных температурах. Отжиг обычно проводят сразу после спекания. При этом магниты охлаждаются от температуры спекания до 850—925 °С со скоростью 1— 3°С/мин, выдерживаются при этой температуре заданное время и затем быстро охлаждаются до комнатной темпера­туры. В результате такой термообработки на сплавах SmCo₅ получена коэрцитивная сила Нс = 2400 кА/м. Мед­ленное охлаждение после отжига снижает магнитные свой­ства, что связывают с протеканием эвтектоидного распада типа

SmCo₅=>Sm2Co7+Sm2Co17.

Снижение магнитных свойств наиболее интенсивно происходит в процессе отжига при температурах 700-800 °С. Именно поэтому после отжига при оптимальной температуре охлаждение спечен­ных магнитов должно быть уско­ренным.

Лекции: Если спекать магнит, а затем охладить до 900С с контролируемой скоростью, то у сплава будут хорошие свойства. В SmCo5 существует узкая область гомогенности. В Sm около 1% примесей, в Co = 0,5%. Для улучшения свойств добавляют лантан 3% (3х компонентная система), и проводят отпуск 350-450С для улучшения свойств.

Магнит изотропный, хрупкий. Намагниченность небольшая, поэтому добавляем: Sm(Fe,Co,Cu,Zr)7,4-7,6

Из твердого раствора выделяется структура с гексагональной решеткой и z- фаза (ГЦК), на которой закрепляется доменная стенка. Поле закрепления 35кЭ. Гистерезис определяется закреплением доменной стенки.

20 Технология измельчения и прессования сплавов магнитов SmCo5.

Нс сильно зависит от размера отдельных частиц. Соединения РЗМ с кобальтом очень хрупки, поэтому порошок из них получают путем механического дробления в различных мельницах: шаровых, вибрационных и механических сту­пах. Вид измельчения определяет оптимальное время измельчения и окончательные магнитные свойства. При грубых интенсивных режимах размола Нс порошка достигает своих максимальных значений после нескольких минут размола. Более мягкие режимы, например в шаровых мельницах, требуют размола в тече­ние нескольких часов, при этом легче контролировать ка­чество порошка в процессе размола. Для предотвращения окисления порошка при дроблении размол ведут в жидких средах (спирте, бензоле, толуоле), при этом улучшается остаточная намагниченность и прямоугольность петли гис­терезиса порошка.

При длительном времени дробления наблюдается яв­ление «перемола», когда Нс порошка↓ с ↑ продолжительности дробления. Яв­ление «перемола» связывают с увеличением доли поверх­ностных слоев с повышенной плотностью дефектов при сильном измельчении порошка. Для частичного восстанов­ления магнитных свойств такого порошка его обрабатыва­ют в слабокислых растворах (рН ~4,5-5,0). В результате такой обработки происходит стравливание поверхностных искаженных слоев и удаление окислов. Для защиты поверхности частиц порошка от окисле­ния наносят на поверхность тонкий слой металла, что позволяет увеличить Нс по­рошка.

Получение текстуры осуществляется путем прессования порошка в магнитном поле.

1. прямое прессование в металлической матрице

а) направление прессования перпендикулярно маг­нитному полю (рис. 220, а); Приложенное усилие при прессовании и магнитное поле взаимно перпендикулярны. В этом случае цепочки частиц, выстроившиеся вдоль поля, не разрушают­ся при механическом воздействии, что позволяет увеличить степень текстуры А до 0,9.

б ) направление прессования совпадает с направле­нием ориентирующего магнитного поля (рис в) направ­ление прессования совпадает с направлением магнитного поля степень, текстуры А не превышает 0,8. Это связано с тем, что под действием магнитного поля поро­шинки выстраиваются своими осями легкого намагничи­вания по полю, образуя цепочки частиц. Однако, прило­женное в этом же направлении усилие, приводит к нару­шению ориентировки частиц и к ухудшению текстуры

2 изостатическое прессование в магнитном поле. (рис б)

Получены самые хорошие результаты, когда магнитное поле совпадает по направлению с дей­ствием усилий при прессовании.

Рис. 220. Схема текстуровапия порошковых магнитов: а — усилие прессования Р перпендикулярно магнитному полю Н: 6 — прессование в эластичной втулке; е — усилие Р параллельно полю Н (1 — полюса электромагнита; 2 — подвижной пуансон; 3 — металлическая матрица; 4 — магнит; 5 — неподвижный пуансон); 6 — эластичная втулка

Технология: Прессуемый порошок помещается не в саму пресс-форму, а в специальную эластичную втулку 6. Происходит прессование, усилие передается вдоль оси пресс-формы и через эластичную втулку по ради­усам. Прессуемый порошок находится как бы в условиях всестороннего сжатия. Цепочки порошинок, выстраивающиеся под влиянием магнитного поля, не раз­рушаются, так как на них действует боковой подпор, передаваемый через эластичную втулку. В таких условиях прессования в магнитном поле 2400 кА/м и при давлени­ях около 3,0 ГПа удается получать степень текстуры до 0,96—0,98. Полученная текстурованная заготовка со степенью текстуры более 0,95 обладает, низкой ρотносит= 0,65—0,70. Её увеличивают методом всестороннего об­жатия. Полученная после текстурования заготовка поме­щается в специальный контейнер, заполненный жидкой средой. Внутри контейнера создается давление. В резуль­тате всестороннего сжатия происходит уплотнение заготов­ки. Прессованный материал предохраняют от про­никновения внутрь него сжимающей жидкости. При таком методе уплотнения путем всестороннего сжатия требуются очень высокие давления. Чтобы повысить относительную плотность от 0,7 до 0,85, необходимо приложить давление около 3,0 ГПа. При дальнейшем увеличении давления воз­растание относительной плотности замедляется.

Лучший результат дает видоизмененный способ уплотне­ния, который можно назвать деформацией в условиях все­стороннего сжатия. Схема, как и в первом случае уплотнения, текстурованная заготовка помещается в специальный гидростат. В резуль­тате перемещения пуансона в жидкости создается давле­ние. Конструкция и размеры гидростата подбираются такими, чтобы к моменту создания давления внутри жид­кости около 2,0 ГПа пуансон коснулся поверхности уплот­няемой заготовки. При дальнейшем увеличении нагрузки одновременно с увеличением всестороннего обжатия про­исходит деформация (осадка) заготовки под непосред­ственным действием опускающегося пуансона. Происходит деформация заготовки в условиях увеличивающегося по мере увеличения степени деформации всестороннего сжатия. Таким способом при осадке заготовки на 25—30% в про­цессе приложения нагрузки до 3,5 ГПа можно увеличить относительную плотность от 0,7 до 0,95—0,98. На порошковых магнитах из SmCo₅ после изостатического прессования в магнитном поле и уплотнения путем деформации в условиях всестороннего сжатия были полу­чены высокие магнитные свойства: максимальная магнит­ная энергия (BН)max около 190 кДж/м³, остаточная индук­ция 0,93—0,95 Тл и коэрцитивная сила 620—640 кА/м.

Недостатком прессованных магнитов является сложность технологии прессования для получения высокой плотности. Кроме того, прессованные магниты обладают низким уров­нем стабильности магнитных свойств при повышении темпе­ратуры их эксплуатации. Например, магнитная энергия прес­сованных магнитов из SmCo₅ за 30 ч при температуре около 150С снижается почти вдвое.