МАГНИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2006 года по МПК H01F1/57 C22C38/10 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к магнитным материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с металлами группы железа.

Известен магнитный материал на основе неодима, церия, лантана, железа, алюминия, бора следующего химического состава, ат.%: (Nd_0,6Ce_0,27La_0,13)_15,5Fe_73,9Al_3,1В_7,5 (Tang W. and other. Preparation and microstructure of La-containing R-Fe-B permanent magnets. J.Appl.Phys., 1989, V.65, №.8, p.3142-3145).

Недостатками известного магнитного материала являются:

недостаточно высокие магнитные свойства: величина коэрцитивной силы (Н_Ci) равняется 8,1 кЭ, при этом величина температурного коэффициента индукции (ТКИ) не более -0,1%/°С (в области 20÷100°С).

Изделиями из известного магнитного материала являются, например, призмы, цилиндры, кольцевые магниты с радиальной либо аксиальной текстурой и т.д.

Недостатками изделий являются:

- недостаточно высокое значение величины Н_Ci, что накладывает ограничения на геометрические размеры изделий, особенно, кольцевых магнитов с радиальной текстурой;

- недостаточно высокая температурная стабильность материала (высокое значение ТКИ, по абсолютной величине), что ограничивает область применения изделий из него в технике.

Известен магнитный материал на основе неодима, железа, кобальта, бора следующего химического состава, ат.%: Nd₁₅(Fe_1-xСо_x)₇₇В₈, 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, №5, p.1584-1589).

Недостатками известного магнитного материала являются:

недостаточно высокие магнитные свойства: величина Н_Ci не превышает 10,3 кЭ, а величина ТКИ ≤-0,074%/°С.

Изделиями из известного магнитного материала являются, например, призмы, цилиндры, кольцевые магниты с радиальной либо аксиальной текстурой и т.д.

Недостатками изделий являются:

- недостаточно высокое значение величины Н_Ci, что накладывает ограничения на геометрические размеры изделий, особенно, кольцевых магнитов с радиальной текстурой;

- недостаточно высокая температурная стабильность материала (высокое значение ТКИ, по абсолютной величине), что ограничивает область применения изделий из него в технике.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является магнитный материал, имеющий химический состав соответствующий формуле, ат.%:

(Nd_1-x1-x2Tb_x1R_x2)_14-17(Fe_1-y1Co_y1)_75-80T_y2В_6-8,

где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Er), тулий (Tm), а Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий (Al), галлий (Ga), титан (Ti), ниобий (Nb), молибден (Мо), причем

х1+х2=0,1-0,99

х1/х2≥0,10

у1=0,2-0,55

у2=0,01-10 (Патент РФ №2136069)

Недостатками магнитного материала-прототипа являются недостаточно высокие магнитные свойства. Например, при величине ТКИ=-0,05%/°С(20÷100°С), величина остаточной индукции (В_R) не превышает 8,5 кГс.

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

Недостатком изделий являются:

невозможность изготовления магнитов с величиной ТКИ более -0,05%/°С, при значении остаточной индукции В_R более 8,5 кГс.

Технической задачей изобретения является увеличение остаточной индукции материала при одновременном увеличении температурной стабильности.

Поставленная техническая задача достигается тем, что разработан магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Er), тулий (Tm), который дополнительно содержит церий (Се) и гадолиний (Gd), и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий (Sm), лантан (La), неодим (Nd), иттрий (Y), празеодим (Pr), при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

(Се_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_14-20(Fe_1-y1Co_y1)_ост.В_4-10,

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, Nd, Y, Pr, где

х1=0,2-0,5,

у1=0,2-0,3,

а значения х2 и х3 выбраны из следующих условий:

х1+х2+х3=0,75-0,99,

х3/х1≥0,01.

Магнитный материал дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы алюминий (Al), галлий (Ga), титан (Ti), ниобий (Nb), молибден (Мо), медь (Cu), при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

(Се_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_14-20(Fe_1-y1Co_у1)_ост.Т_у2В_4-10,

где Т - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Мо, Cu;

у2=0,01-4.

Предложено также изделие, выполненное из указанного выше магнитного материала.

Авторами установлено, что в системе Ce-LR-HR-Fe-Co-B, где LR - легкий, a HR - тяжелый редкоземельные металлы, соответственно, величина отношения HR/(Ce+LR+HR) в основной магнитной фазе (Се, LR, HR)₂(Fe, Со)₁₄ В всегда выше, чем в системе Nd-HR-Fe-Co-B (при одинаковом содержании остальных легирующих элементов), что и приводит к повышению величины ТКИ материала. Установлено, что легирование гадолинием делает менее чувствительной величину коэрцитивной силы к изменениям температуры, что также приводит к увеличению величины ТКИ материала. Установлено, что положительное влияние Sm, La, Nd, Y, Pr, a также Al, Ga, Ti, Nb, Мо, Cu в заявленных пределах связано с изменением химического состава фаз, а также фазового состава материала.

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-свидетелей в магнитном поле 10 кЭ, спекание в вакуумной печи при температуре 1080-1140°С. Полученные заготовки образцов-свидетелей шлифовали до размера 10×10×10 мм. Величину ТКИ измеряли в области 20-100°С.

Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа приведены в таблице.

Предложенный магнитный материал при величине ТКИ более -0,05%/°С позволяет повысить величину B_R на 4-25% и Н_Ci на 5-8% по сравнению с магнитным материалом-прототипом, что дает возможность расширить номенклатуру выпускаемых изделий.

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

Таблица
Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипаПредлагаемый материал№Состав магнитного материала, ат.%Магнитные свойстваB_R, кГсН_Ci, кЭТКИ, %/°С1(Се_0,25Dy_0,05Tb_0,40Er_0,05Nd_0,01Pr_0,17Sm_0,02Gd_0,05)_14,5(Fe_0,7Co_0,3)_ост.B₈8,919,0-0,032(Ce_0,01Dy_0,18Ho_0,01Er_0,01Nd_0,03Pr_0,75Gd_0,01)_15,5(Fe_0,8Co_0,2)_ост.B_7,18,818,1-0,0423(Ce_0,25Dy_0,1Tb_0,4Nd_0,01Pr_0,18Sm_0,01Gd_0,05)_15,3(Fe_0,7Со_0,3)_ост.Cu_0,005Ti_0,005В₆8,817,6-0,0254(Ce_0,01Dy_0,01Tb_0,18Er_0,01Nd_0,3Pr_0,35Y_0,05Gd_0,09)_15,2(Fe_0,8Co_0,2)_ост.Cu_2,8Ti₁Al_0,2B₇8,917,7-0,0425(Ce_0,01Dy_0,41Tb_0,01Nd_0,01Pr_0,56Gd_0,01)_14,1(Fe_0,76Со_0,24)_ост.В_7,39,517,7-0,0226(Ce_0,05Dy_0,2Tb_0,05Tm_0,05Ho_0,01Pr_0,57Y_0,02Gd_0,05)₁₅(Fe_0,75Co_0,25)_ост.Al_0,1Ti_0,1B_6,710,018,0-0,0257(Се_0,06Dy_0,15Tb_0,14Nd_0,58Sm_0,03Gd_0,04)_14,4(Fe_0,8Co_0,2)_ост.Al_0,1Ti_0,04Nb_0,02В₆10,617,7-0,0438(Се_0,04Dy_0,3Tb_0,07Ho_0,01Nd_0,47La_0,01Sm_0,05Gd_0,05)_14,9(Fe_0,75Co_0,25)_ост.Cu_1,6Ti_0,45В_6,29,018,1-0,02Прототип(Nd_0,69Dy_0,25Tb_0,06)_16,0(Fe_0,77Co_0,23)_ост.Al_0,9В_7,298,516,8-0,05

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к магнитным материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с металлами группы железа. Предложен магнитный материал и изделие, выполненное из него. Материал содержит железо, кобальт, бор и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, а также церий и гадолиний, и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, неодим, иттрий, празеодим, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%: (Ce_1-x1-x2-x3R^l _x1R² _x2Gd_x3)_14-20(Fe_1-yCo_y1)_ост.B_4-10, 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, Nd, Y, Pr, где х1=0,2-0,5, у1=0,2-0,3, а х2 и х3 выбраны из следующих условий х1+х2+х3=0,75-0,99, х3/х1≥0,01. Технический результат - увеличение величины остаточной магнитной индукции материала при одновременном увеличении температурной стабильности. Применение предложенного магнитного материала позволяет повысить точность и стабильность работы навигационного оборудования и систем авиационной автоматики, а также производить магниты любых типоразмеров. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Магнитный материал, содержащий железо, кобальт, бор, и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий и гадолиний, и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, неодим, иттрий, празеодим, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

(Ce_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_14-20(Fe_1-y1Co_y1)_ост.B_4-10,

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, Nd, Y, Pr, где

x1=0,2-0,5,

у1=0,2-0,3,

а значения х2 и х3 выбраны из следующих условий:

x1+x2+x3=0,75-0,99

х3/х1≥0,01.

(Ce_1-x1-x2-x3R¹ _x1R² _x2Gd_x3)_14-20(Fe_1-y1Co_y1)_ост.T_y2B_4-10,

где Т - по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы Al, Ga, Ti, Nb, Mo, Cu, где

у2=0,01-4.