СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО - РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ - БОР Российский патент 1994 года по МПК C21D8/12 H01F1/04 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способу получения постоянных магнитов путем горячей пластической деформации, и может быть использовано в машиностроительной, авиационной и электронной промышленности.

Известен способ изготовления постоянного магнита, в состав которого входит по меньшей мере один редкоземельный элемент, железо и бор. Заготовку деформируют при температуре более 500^оС при скорости деформации, равной d ε/dt 10^-4 с^-1, где ε - логарифмическая деформация; t - время. Из заготовки, прошедшей термообработку, формируют постоянный магнит путем прокатки при 1000^оС, который подвергают отжигу. Способ позволяет получить постоянные магниты из сплавов системы железо-неодим-бор-алюминий или железо-празеодим-бор-медь с магнитной энергией (ВН)_мах = МГс˙Э. Технология не предусматривает использования оболочки, что приводит к тому, что магнит получается низкого качества.

Известен способ изготовления магнитов, в состав которого входят железо, редкоземельный элемент, бор. Слиток в форме параллелепипеда нагревают до 900^оС, прокатывают в стане с разными окружными скоростями и подвергают термообработке при температуре выше 900^оС в течение 30 мин. После термообработки полученную заготовку охлаждают воздухом до температуры 770^оС и прокатывают вторично, затем охлаждают до 650^оС в капельном тумане со скоростью 110^оС/мин и в печи до комнатной температуры со скоростью порядка 5^оС/мин. Магнитная энергия (ВН)_мах≅ 28 МГс˙Э. Увеличение дробности прокатки по сравнению с аналогом и использование промежуточных отжигов позволяет уменьшить количество трещин и размер кристаллитов, что повышает Н_с. Но в силу неоднородности деформации по сечению заготовки не удается существенно повысить степень магнитной анизотропии, что в свою очередь приводит к уровню (ВН)_мах ≈ 28 МГс˙Э.

Наиболее близким решением к заявленному является способ изготовления магнитов системы железо-редкоземельный элемент-бор. Слиток в форме прямоугольного параллелепипеда нагревают и прокатывают при температуре 900^оС, процесс горячей прокатки повторяют трижды, чередуя ее термообработкой при 1000^оС в течение 30 мин. Конечную термообработку проводят при 850^оС в течение 2 ч. Горячая обработка способствует получению мелкозернистых кристаллов и росту кристаллических зерен, что улучшает ориентацию осей, повышает ориентацию осей и повышает магнитные характеристики. Несмотря на повышение дробности деформации, способ-прототип позволяет повысить только Н_с, однако величина остаточной индукции В_r при этом растет слабо, т.к. процесс разворота кристаллов и их ориентирования в нужном направлении недостаточно активен. В результате (ВН)_мах ≅ 30 МГс.Э.

Как следует из приведенных данных, известные способы не дают возможности достичь высокой степени анизотропии, которая требуется для достижения более высоких значений магнитной энергии (ВН)_мах.

Поставлена задача повысить степень анизотропии в магнитах при сохранении уровня гистерезисных свойств, которая решается предлагаемым способом.

Способ изготовления постоянных магнитов системы железо-редкоземельный элемент-бор включает покрытие оболочкой слитка, полученного методом направленной кристаллизации, горячую прокатку при температуре с термообработкой и последующим охлаждением полученной заготовки в магнитном поле. Прокатку сначала в направлении, перпендикулярном к направлению расположения кристаллов, затем после термообработки направление прокатки меняют на угол, кратный 90^о. Чередование прокатки с термообработкой проводят до достижения степени деформации 60-95%, причем завершают процесс прокатки в направлении, аналогичном направлению прокатки на первой стадии. Обработанная таким способом заготовка проходит термообработку и охлаждение в магнитном поле с напряженностью не менее 10 кЭ. Постоянные магниты системы бор-редкоземельный элемент-бор предпочтительно могут содержать в качестве редкоземельных элементов празеодим, неодим, пролетий, самарий, тербий, диспрозий.

Постоянные магниты, как правило, имеют легирующие элементы, например алюминий, медь, гафний, кобальт. Они могут содержать в себе и другие элементы, которые являются постоянными примесями. В качестве оболочки для слитка используют немагнитные материалы, которые отвечают требованию 0,3 ≅ σ_0,2^o /σ_0,2^с, где σ_0,2^o и σ_0,2^с - условные пределы текучести материала оболочки и сплава при температуре деформации. Таким требованиям отвечают сплавы типа 0Х18Н10Т или Л С59.

Температура заготовки в момент начала прокатки составляет 1000-650^оС и к концу прокатки снижается до 90-600^оС.

После каждой стадии прокатки, на которой достигается степень деформации порядка 20. ..30%, производят нагрев до температуры начала прокатки. После завершающей стадии прокатки заготовку подвергают термообработке при температуре 1000+10^оС в течение 20...24 ч. Обработанную заготовку охлаждают со средней скоростью 10...20^оС/мин в магнитном поле, но целесообразно магнитное поле поддерживать в интервале температур 400...200^оС.

Предлагаемый способ промышленно применим, т.к. предусматривает использование существующего серийного оборудования, например печей марки KS-400/10 стана КДУ1НИИМТ.

Существенными отличительными признаками являются схема деформации и использование магнитного поля в процессе охлаждения.

П р и м е р 1. Образец размерами 15 х x15 х 30 мм сплава состава Рr₁₇Fe_76,5 Cu_1,5B₅, полученный методом направленной кристаллизации, помещали в стальную оболочку, внутренний диаметр 18, наружный диаметр 19 и длина 110 мм, внутрь трубы также засыпалось защитно-смазочное покрытие ЭВТ-24, после чего концы трубы заваривались.

Приготовленный таким образом образец нагревают в печи KS-400/10 до температуры 1000^оС в течение 15 мин.

Нагретый образец помещали между валками прокатного стана КДУ1НИИМТ таким образом, что направление прокатки перпендикулярно направлению кристаллизации. Прокатывают со степенью деформации 30%. Второй проход осуществляют после предварительного подогрева до 1000^оС и выдержки в течение 10 мин во взаимно перпендикулярном направлении первому проходу со степенью деформации 30% . Направление прокатки совпадает по направлению с первой, которая осуществляется после предварительного подогрева до 1000^оС. Полученный таким образом пруток разрезался на образцы, которые имели следующие магнитные свойства:
Н_с = 12 кЭ,
B_r ≥ 1,1 - 1,2 Тл,
(ВН)_мах ≈ 35 - 40 МГс˙Э.

Коэффициент магнитной анизотропии 4,0.

В интервале температур 400. ..200^оС включают магнитное поле с напряженностью 10 кЭ и охлаждают со скоростью 10^оС/мин.

Аналогично примеру 1 проводят обработку сплава, содержащего другие редкоземельные элементы и сплавы с легирующими элементами. Данные приведены в таблице.

Предлагаемый процесс изготовления постоянных магнитов технологически прост, позволяет улучшить магнитные и эксплуатационные характеристики (коррозионная стойкость, прочность, обрабатываемость) постоянных магнитов системы железо-редкоземельный элемент-бор, кроме того, это единственный способ получения длинномерных изделий малого сечения.

Использование: в машиностроительной, авиационной и электронной промышленности. Сущность изобретения: слиток магнита системы железо-редкоземельный элемент-бор, полученный направленной кристаллизацией, покрывают оболочкой, в частности из немагнитных материалов типа сплава OXI8HIOT. Заготовку с температурой порядка 1000°С прокатывают за несколько проходов. Прокатку начинают сначала в направлении, перпендикулярном к направлению расположения кристаллов, и затем на следующем этапе прокатки в направлении, параллельном расположению кристаллов. Схема деформации на последнем этапе аналогична схеме первого этапа. Процесс ведут до достижения общей степени деформации 60 - 90%. Далее заготовку подвергают термообработке при H_c≥ 12 кЭ в течение 24 ч и охлаждают в постоянном магнитном поле с напряженностью не менее 10 кЭ, причем в интервале 400 - 200°С со скоростью 10 - 20°С/мин. Свойства магнита: H_c≥ 12 кЭ , В_г= 1,1-1,2 Tл , (BН)_max= 35-40 MГc·Э , коэффициент магнитной анизотропии 4,0 - 3,5. 3 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО - РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ - БОР путем многократной горячей прокатки слитка, чередующейся с термообработкой, и последующего охлаждения, отличающийся тем, что слиток получают методом направленной кристаллизации, покрывают его оболочкой из материала, удовлетворяющего требованию
0,3 ≅ σ_0,2^o / σ_0,2^c ,
где σ_0,2^o и σ_0,2^c - условные пределы текучести материала оболочки и сплава при температуре деформации,
прокатку сначала осуществляют в направлении, перпендикулярном к направлению расположения кристаллов, меняя затем ее направление на угол, кратный 90^o, при этом общая степень деформации составляет 60-95%, причем заканчивают процесс прокатки в направлении, аналогичном первоначальному, охлаждение осуществляют в магнитном поле. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала оболочки используют немагнитные материалы типа ОХ18Н10Т или ЛС-59, а охлаждение ведут в постоянном магнитном поле с напряженностью не менее 10 кЭ в интервале температур 400-200^oС, скорость охлаждения при этом составляет 10-20^oС/мин. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве редкоземельных металлов используют празеодим, прометий, самарий, тербий, диспрозий. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнит системы железо-редкоземельные метаны-бор дополнительно содержит алюминий и/или медь, и/или галлий.