Металлические порошки из расплавов

Грацианов Ю.А., Путимцев Б.Н., Силаев А.Ф.

Металлургия, 1970 г.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОРОШКОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Общие сведения о ферромагнитных материалах

К материалам с особыми физическими свойствами относится большая группа ферромагнитных металлов и сплавав. По поведению при намагничивании и перемагничивании, а также по величинам, характеризующим эти процессы, различают две группы магнитных материалов— магнитомягкие и магнитотвердые.

Характерными свойствами магнитиомягких материалов являются их способность к легкому намагничиванию и небольшие потери на гистерезис. Намагничивание магнитномягкого материала происходит в основном в результате смещения границ доменов, протекающих в слабых магнитных полях; характеризуются они высокими значениями магнитной проницаемости. Магнитно-мягким материалам свойственны узкая петля гистерезиса и низкая коэрцитивная сила (рис. 67). Применяют магнитномягкие материалы для изготовления сердечников трансформаторов,   электромагнитов, дросселей, реле, якорей и статоров электрических машин, магнитных экранов, магнитопроводов   в магнитных системах.

Магнитнотвердые материалы используют в основном как источники постоянного магнитного потока; такие материалы обладают большой коэрцитивной силой и высокой остаточной намагниченностью. Магнитнотвердым материалам свойственна широкая петля гистерезиса (рис. 67) и для их намагничивания и размагничивания требуются магнитные поля с большой энергией.

В каждом конкретном случае к магнитным материалам предъявляются особые требования по уровню и сочетанию как магнитных характеристик, так и других физических свойств (электропроводность, твердость, механическая прочность, коррозионная стойкость и т. д.), диктуемые режимами работы данного материала.

Согласно «современным представлениям [79, 80], для получения сплавов с высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой должны быть созданы условия легкого намагничивания и перемагничивания. Наилучшим образом эти условия достигаются тогда, когда сплавы обладают нулевыми значениями констант магнитострикции и магнитной кристаллической анизотропии, минимальными внутренними напряжениями и высокой чистотой от неметаллических включений и таких вредных примесей, как углерод, кислород, сера, азот и фосфор.

Основные предпосылки для создания высококоэрцитивных сплавов заключаются в обеспечении условий, при которых у материала, обладающего высокой остаточной намагниченностью, процесс перемагничивания чрезвычайно затруднён.

Высококоэрцитивное состояние материалов для постоянных магнитов по современным представлениям [80, 81] обусловливают следующие факторы, которые в ряде случаев действуют одновременно:

1)наличие одноосной анизотропии напряжений;

2)высокие значения одноосной магнитно-кристаллической анизотропии;

3)анизотропия формы частиц или выделений второй фазы;

4)однодоменный характер ферромагнитных частиц или выделений.

Кроме физической природы ферромагнитных материалов, на уровень их магнитных свойств большое влияние оказывают и всякого рода нарушения идеального кристаллического строения материала. Эти нарушения, возникающие в результате механических напряжений, неравномерного охлаждения, наличия фазовых превращений с изменением объема, сосуществования нескольких фаз, загрязнения материала неметаллическими включениями, образования пор, микротрещин и других дефектов в кристаллическом строении металлов и 'сплавов препятствуют протеканию процессов смещения и вращения в ферромагнитных областях (доменах) и могут существенно изменять ход кривых намагничивания и размагничивания, снижая тем самым уровень всех магнитных свойств. Наиболее полная теория влияния напряжений и неметаллических включений на процесс намагничивания была разработана Е. И. Кондорским [82, 83]. Важным выводом этой теории является то, что коэрцитивная сила зависит не только от количества включений в материале, но и от формы и от размера этих включений [83]. Максимальная коэрцитивная сила обеспечивается при таком критическом размере включений, когда диаметр включения (d)равен толщине границы домена (б). Согласно теории для гетерогенных материалов,

Содержание в сплавах неметаллических включений (в виде окислов, нитридов, карбидов), пор и химический состав их определяются главным образом технологией выплавки и последующего передела металла (ковка, прокатка). Поэтому качество осуществления технологических операций оказывает большое влияние на уровень магнитных свойств как магнитномягких, так и магнитнотвердых сплавов. Важность этих технологических операций тем более велика, что устранить дефекты при последующей термообработке сплавов не всегда представляется возможным. О том, насколько велико влияние технологии изготовления магнитных материалов на уровень их магнитных свойств, наглядно видно из данных, приведенных в табл. 23.

В последние годы в практику изготовления ферромагнитных материалов широко внедряются методы порошковой металлургии. В случае высокой чистоты исходных металлических порошков приготовленные по металлокерамической технологии изделия практически не содержат диамагнитных включений, вследствие чего магнитные свойства сплавов из порошков находятся на уровне металла вакуумной выплавки.