МАГНИТОТВЕРДЫЙ МАТЕРИАЛ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2016 года по МПК H01F1/57 H01F1/08 B22F3/12 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с металлами группы железа и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использовано в авиационной промышленности в навигационных приборах.

Известен магнитный материал на основе празеодима, железа, кобальта, алюминия, бора следующего химического состава, ат.%: Pr₁₅Fe_62,5Co₁₆Al₁B_5,5 (Jiang S.Y. and other. Magnetic properties of R-Fe-B and R-Fe-Co-Al-B magnets (R=Pr and Nd). J. Appl. Phys. 1988. V. 64. N. 10. P. 5510-5512).

Известен магнитный материал на основе неодима, железа, кобальта, бора следующего химического состава, ат.%: Nd₁₅(Fe_1-xCo_x)₇₇B_8, 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. N. 5. P. 1584-1589).

Изделиями из известных магнитных материалов являются, например, призмы, цилиндры, кольцевые магниты с радиальной либо аксиальной текстурой.

Недостатками известных магнитных материалов и изделий, выполненных из них, является недостаточная температурная стабильность (высокое значение температурного коэффициента индукции (ТКИ) по абсолютной величине).

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является магнитный материал (RU 2244360, H01F 1/057, опубл. 10.01.2005), содержащий железо, кобальт, бор, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит празеодим, а также по меньшей мере один элемент, выбранный из группы самарий, лантан, церий, неодим, иттрий, при этом химический состав соответствует формуле, ат.%:

,

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, Ce, Nd, Y;

x1=0,2-0,5;

y1=0,2-0,3;

x1/x2≥5.

Недостатками магнитного материала-прототипа являются недостаточно высокие магнитные свойства. Например, при величине ТКИ = 0%/°С (20-100°С) величина остаточной индукции (B_R) не превышает 8,2 кГс.

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

Недостатками изделий являются:

невозможность изготовления магнитов с величиной ТКИ = 0%/°С (20-100°С) при значении остаточной индукции B_R более 8,2 кГс.

Техническим результатом изобретения является увеличение остаточной индукции материала при сохранении значения ТКИ = 0%/°С (-60÷+80°С).

Технический результат достигается магнитотвердым материалом, содержащим празеодим, железо, кобальт, бор, диспрозий, медь, отличающимся тем, что он дополнительно содержит цирконий, при этом химический состав магнитотвердого материала соответствует формуле, ат. доли:

(Pr_1-x1Dy_x1)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7,

где x1=0,44-0,48;

y1=0,30-0,36;

y2=1,0-2,0;

z=0,005-0,05.

Предложено также изделие, выполненное из указанного выше магнитотвердого материала.

В результате проведенного эксперимента установлено, что в системе ((Pr_1-x1Dy_x1)_11,5-16(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7 цирконий замещает атомы празеодима в основной магнитной фазе (Pr,Zr,Dy)₂(Fe,Co,Cu)₁₄B, а медь замещает атомы железа и кобальта. При этом намагниченность подрешетки Fe, Со становится меньше, так же как и намагниченность подрешетки Pr, связанной с подрешеткой Fe, Со ферромагнитно. В этом случае для получения ТКИ = 0%/°С требуется меньшее количество Dy, который имеет величину магнитного момента значительно выше, чем Dy, Fe, Со, и упорядочен антиферромагнитно магнитным моментам этих элементов. Это и приводит к увеличению величины B_R без уменьшения значения ТКИ.

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 в магнитном поле 10 кЭ, спекание в вакуумной печи при температуре 1080-1140°С. Полученные заготовки магнитов шлифовали до размера 10×10×10 мм. Величину ТКИ измеряли в области -60÷+80°С.

Составы и свойства предлагаемого магнитного материала и материала-прототипа приведены в таблице 1. В примерах 1, 2 приведены граничные значения составов, в примерах 3, 4, 5 - средние значения составов.

Как видно из таблицы, величина остаточной индукции предлагаемого материала (при значении ТКИ = 0%/°С) выше, чем у материала-прототипа, на 6-7%. При этом следует учесть, что предлагаемый материал был измерен в более широком температурном диапазоне (-60÷+80°С), чем материал-прототип (+20÷+100°С).

В разработанном материале отсутствует также титан, наличие которого приводит к появлению фазы Ti(Fe,Co)B₄, а соответственно уменьшению содержания основной магнитной фазы и ухудшению свойств магнитов.

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

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий. Химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли: (Pr_1-x1Dy_x1)_12-15(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7, где x1=0,44-0,48; y1=0,30-0,36; y2=1,0-2,0; z=0,005-0,05. Также предложено изделие из магнитотвердого материала. Техническим результатом изобретения является увеличение остаточной индукции материала при сохранении значения температурного коэффициента индукции. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Магнитотвердый материал, содержащий железо, кобальт, бор, диспрозий, медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, при этом химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли:
(Pr_1-x1Dy_x1)_12-15(Fe_1-y1Co_y1)_ост.(Zr_zCu_1-z)_y2B_6-7,
где x1=0,44-0,48;
y1=0,30-0,36;
y2=1,0-2,0;
z=0,005-0,05.

2. Изделие из магнитотвердого материала, отличающееся тем, что оно выполнено из материала по п. 1.