RU1769625C - Способ изготовления постоянных магнитов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления постоянных магнитов. Сущность способа поясняется на примере изготовления постоянного магнита из высокодисперсного порошка железа. В реакторе составляли смесь порошка со связующим жидкий пропилен из расчета 1 л пропилена на 200 300 г порошка и осуществляли капсулирование порошковых частиц осаждением связующего в магнитном поле напряженностью 190 кА/м путем полимеризации с катализаторами. Порошковые частицы осаждали в магнитном поле в реакторе, отмывали этиловым спиртом и сушили в вакууме. Формовали порошок на прессе с намагничивающим устройством при давлении 50 МПа и температуре от 453 К до 473 К при напряженности магнитного поля 190 кА/м. Прессованные магниты охлаждали, не снимая давления и магнитного поля.

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам изготовления постоянных анизотропных магнитов и может быть использовано в электротехнической, радиоэлектронной и приборостроительной отраслях.

Изобретение позволяет повысить магнитные характеристики постоянных магнитов.

Известен способ изготовления постоянных магнитов, заключающийся в получении порошка испарения, осаждении частиц порошка, введении в порошок связующего путем смешивания и формования магнитов в ориентирующем магнитном поле.

Недостатком этого способа являются очень низкие магнитные свойства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления постоянных магнитов, включающий получение порошка путем испарения магнитного материала, конденсации его паров при охлаждении в ориентирующем магнитном поле, осаждение частиц порошка в ориентирующем магнитном поле, введение в порошок связующего путем пропитки осажденного порошка и формирование магнитов под давлением.

Недостатком указанного способа являются низкие магнитные свойства и низкая производительность процесса.

Низкие магнитные свойства обусловлены низким содержанием магнитной составляющей в материале (около 50%) вследствие неупорядоченного расположения образующихся при осаждении магнитных цепочек в пространстве, их спонтанного взаимодействия между собой с образованием взаимозамкнутых магнитных областей, а также искривлением цепочек в пространстве, а как следствие этого образование незаполненных магнитной составляющей объемов при пропитке осажденного порошка, а также нарушением магнитной текстуры материала в процессе формования.

Низкая производительность процесса обусловлена наличием малопроизводительной операции введение связующего посредством пропитки осажденных магнитных цепочек. При этом пропитка материала является процессом, длительным по времени (до 5 мин), а его интенсификация путем перемешивания при данном способе недопустима.

Целью данного изобретения является повышение магнитных свойств, а также повышение производительности труда при изготовлении магнитов.

Для достижения поставленной цели предложен способ изготовления постоянных магнитов, включающий получение порошка из магнитного материала в ориентирующем магнитном поле, осаждение частиц порошка в ориентирующем магнитном поле, введение в порошок связующего, формование магнитов под давлением в ориентирующем магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью повышения магнитных свойств и производительности труда, введение связующего осуществляют перед осаждением частиц, путем капсулирования частиц порошка осаждением связующего на его поверхности с наложением ориентирующего магнитного поля, а формование порошка ведут с нагревом и последующим охлаждением.

Кроме того отличие способа состоит в том, что ориентирующее магнитное поле при капсулировании и осаждении частиц выбирают величиной не ниже 2-, кратного значения коэрцитивной силы магнитного материала, а нагрев при формовании осуществляют до температуры выше температуры плавления связующего и ниже температуры Кюри магнитного материала.

Введение связующего путем капсулирования порошка из магнитного материала осаждением связующего на его поверхности позволяет создать на частицах порошка минимально тонкую пленку, обеспечивающую надежную пленку изоляции частиц порошка.

Введение связующего путем капсулирования порошка из магнитного материала в ориентирующем магнитном поле обеспечивает образование длинномерных цепочек из магнитного материала, изолированных связующим и материалом друг от друга, а как следствие получение материала с высокой анизотропией формы (соотношение длины к диаметру частицы 20:1).

Наличие высокой анизотропии формы материала приводит к повышению магнитных свойств в направлении оси намагничивания.

Капсулирование порошка, находящегося во взвешенном состоянии вместо его осаждения на фильтре, исключает возможность замыкания цепочек из магнитной составляющей между собой в процессе его осаждения, способствует равномерному распределению связующего по поверхности цепей из магнитного материала, а следовательно, созданию, условий для снижения его концентрации в объеме материала, а как следствие повышению магнитной индукции композиционного металлополимерного материала, находящейся в пропорциональной зависимости от содержания магнитной составляющей.

Исключение операции "пропитки связующим" из процесса позволяет резко сократить продолжительность процесса во времени, а, следовательно, повысить производительность.

Осаждение капсулированного порошка в ориентирующем магнитном поле обеспечивает ориентацию образовавшихся в процессе капсулирования длинномерных магнитных цепей в направлении магнитных силовых линий, что обеспечивает получение материала с заданной магнитной текстурой при наложении магнитных полей значительно меньшей величины напряженности магнитного поля, необходимого для ориентации частиц в процессе формования.

Наличие текстуры в материале приводит к анизотропии свойств, т.е. к увеличению магнитных свойств в направлении намагничивания.

Формование осажденного материала под давлением, с нагревом и в магнитном поле, направление которого совпадает с направлением поля, приложенного к материалу в процессе капсулирования и осаждения, обеспечивает оптимальное уплотнение материала без искажения направленности и текстуры.

Ориентирование частиц магнитной составляющей в процессе капсулирования магнитным полем не ниже 2-кратного значения коэрцитивной силы магнитной составляющей обеспечивает полный разворот частиц магнитной составляющей в результате взаимодействия магнитных моментов частиц и внешних магнитных силовых линий налагаемого поля и их выстраивание в цепочки, совпадающие по направлению с магнитными силовыми линиями.

Формование осажденного материала под давлением, с нагревом до температур, превышающих температуру плавления связующего, обеспечивает создание смазки между частицами магнитной составляющей при их формовании под давлением и, как следствие этого, более плотную упаковку материала с сохранением направленности цепочек вдоль магнитных силовых линий и образование механически прочного материала в процессе полимеризации связующего при охлаждении.

Формование осажденного материала с нагревом до температур ниже температуры Кюри магнитного материала исключает вероятность исчезновение самопроизвольной намагниченности материала при критических температурах.

Введение связующего перед осаждением частиц путем капсулирования частиц порошка связующего с наложением ориентирующего магнитного поля является существенным отличием предложенного способа от известных технических решений.

Вторым существенным отличием предложенного способа от известных технических решений является формование осажденного материала под давлением в ориентирующем магнитном поле с нагревом и последующим охлаждением.

Наличие 2-х указанных отличительных признаков в совокупности с учетом последовательности их выполнения является существенным отличительным признаком.

Предложенный способ включает в себя:
получение порошка в ориентирующем магнитном поле;
введение в порошок связующего путем капсулирования частиц порошка осаждением связующего на его поверхности с наложением ориентирующего магнитного поля, напряженностью не ниже 2-кратного значения коэрцитивной силы магнитной составляющей;
осаждение капсулированного порошка в магнитном поле напряженностью не ниже 2-кратного значения коэрцитивной силы магнитной составляющей;
формование осажденного материала под давлением с нагревом выше температуры расплавления связующего и ниже температуры Кюри магнитной составляющей в ориентирующем магнитном поле;
охлаждение полученного магнитного материала до комнатной температуры.

Ниже приведены примеры получения постоянных магнитов предложенным способом.

П р и м е р 1. Изготавливались 5 образцов постоянных магнитов размерами: диаметр 13,0 мм, высота 10,0 мм.

Исходным материалом является порошок высокодисперсного железа крупностью 50 нм.

Изготовление осуществлялось по следующей технологии: порошок помещался в реактор из немагнитного материала с мешалкой пропеллерного типа, помещенный в соленоид; в реактор вводилось связующее жидкий пропилен из расчета 1 л пропилена на 200-300 г порошка; смесь термостатировалась в реакторе при 343 К при включенной мешалке; в реактор вводились катализаторы п-триэтилалюминий и четыреххлористый титан при молярном соотношении Al:Ti=10:1, полимеризация проводилась в реакторе при давлении 40 кгс/см² при температуре 343 К в течение 10 мин, в магнитном поле напряженностью 190 кА/м; капсулированный порошок осаждался в реакторе в магнитном поле и охлаждался до комнатной температуры; осажденный капсулированный порошок отмывался от атактической фракции в н-гептане, а затем от остатка катализатора этиловым спиртом; полученный порошок сушили в вакууме при 353 К до постоянного веса; формовали капсулированный материал на прессе с намагничивающим устройством по режиму: давление 0,5 тс/см², температура 453-473 К, выдержка 40 с, напряженность магнитного поля 190 кА/м; полученые магниты охлаждали, не снимая давления и магнитного поля, в токе воздуха до комнатной температуры.

Полученные магниты измеряли по методике согласно ГОСТ 13601-68 с точностью ± 3%
Магниты обладали следующими свойствами: максимальная удельная энергия, кДж/м³ 23,0; коэрцитивная сила, кА/м, 92,5; остаточная индукция, Т, 1,1.

Постоянные магниты на основе чистого железа, изготовленные известным способом, имели следующие свойства: максимальная удельная энергия, кДж/м³; 20,4; коэрцитивная сила, кА/м; 91,4; остаточная индукция, Т, 1,05.

Магниты, полученные предложенным способом, имеют магнитную энергию на 11% выше энергии магнитов, полученных известным способом.

П р и м е р 2. Изготавливались 5 образцов постоянных магнитов размерами: диаметр 13,0 мм, высота 10,0 мм. Исходный материал высокодисперсный порошок сплава железа и кобальта, содержащий железа 85% кобальта 15% крупностью 50 нм.

Изготовление осуществляли по примеру 1, но в магнитном поле напряженностью 180 кА/м.

Магниты обладали следующими свойствами: максимальная удельная энергия, кДж/м³. 34.3; коэрцитивная сила, кА/м, 88,0; остаточная индукция Т,1,20.

Постоянные магниты на основе железо-кобальтового сплава, изготовленные известным способом, имели следующие свойства: максимальная удельная энергия, кДж/м³; 31,0; коэрцитивная сила, кА/м, 85.2; остаточная индукция, Т, 1,11.

Магниты, полученные предложенным способом, имеют магнитную энергию на 10% выше энергии магнитов, полученных известным способом.

П р и м е р 3. Изготавливались 5 образцов постоянных магнитов размерами: диаметр 13 мм, высота 10,0 мм. Исходный материал порошок феррита бария марки 28 БА 190 крупностью 1-3 мкм.

Образцы изготавливались по следующей технологии: порошок помещался в реактор из немагнитного материала с мешалкой пропеллерного типа, помещенный в соленоид; расплавленный полиамид и порошок перемешивался мешалкой при температуре 473 К в течение 5-15 мин с наложением магнитного поля напряженностью 412,0 кА/м; излишки полиамида испарялись в реакторе в вакууме при Р_ост= 10-2 кгс/см² в течение 30-40 мин в магнитном поле напряженностью 412,0 кА/м и осаждался капсулированный порошок; формовали капсулированный материал под давлением 0,5 тс/см² при 523 К в магнитном поле напряженностью 412,0 кА/м.

Полученные магниты имели следующие свойства: максимальная удельная энергия, кДж/м³; 11,0; коэрцитивная сила, кА/м; 190,0; остаточная индукция, Т, 0,29.

Постоянные магниты на основе ферритового порошка марки 28 БА 190, изготовленные известным способом, имели следующие свойства: максимальная удельная энергия, кДж/м³; 9,5; коэрцитивная сила, кА.м, 185,0; остаточная индукция, Т, 0,27.

Магниты, полученные предложенным способом, имеют магнитную энергию на 15% выше энергии магнитов, полученных известным способом.

П р и м е р 4. Изготавливались 5 образцов постоянных магнитов размерами: диаметр 13,0 мм, высота 10,0 мм. Исходный материал порошок интерметаллического соединения марки КСП 37, крупностью 3-5 мкм. Образцы изготавливались по примеру 1, но в магнитном поле напряженностью 1100,0 кА/м.

Магниты обладали следующими свойствами: максимальная удельная энергия, кДж/м³. 38,7; коэрцитивная сила, кА/м; 540,0; остаточная индукция, Т, 0,48.

Постоянные магниты на основе интерметаллического соединения (СО)₅, изготовленные известным способом, имели следующие свойства: максимальная удельная энергия, кДж/м³; 35,2; коэрцитивная сила, кА/м, 520,0; остаточная индукция, Т, 0,45.

Магниты, полученные предложенным способом, имеют магнитную энергию на 10% выше энергии магнитов, полученных известным способом.

П р и м е р 5. Постоянные магниты изготавливались по примеру 4, но в магнитном поле напряженностью 550,0 кА/м.

Магниты обладали следующими свойствами: максимальная удельная энергия, кДж/м³; 29,0; коэрцитивная сила, кА/м, 390,0; остаточная индукция, Т, 0,32.

П р и м е р 6. Постоянные магниты изготавливались по примеру 4, но в магнитном поле напряженностью 1650,0 кА/м³.

Магниты обладали следующими свойствами: максимальная удельная энергия, кДж/м³, 38,7; коэрцитивная сила, кА/м, 540,0; остаточная индукция, Т, 0,48.

При величине ориентирующего магнитного поля, приложенного в процессе капсулирования и формования, ниже 2-кратного значения коэрцитивной силы магнитного материала (пример 5) магнитная энергия постоянных магнитов понижается. При напряженности ориентирующего магнитного поля выше 2-кратного значения коэрцитивной силы магнитного материала (пример 6) магнитная энергия на уровне энергий магнитов полученных при ориентирующем магнитном поле, равном 2-кратному значению коэрцитивной силы магнитного материала (пример 4).

Предлагаемый способ изготовления постоянных магнитов позволяет повысить магнитные характеристики магнитов на 10-15% снизить трудоемкость их изготовления.

Повышение магнитных свойств материала на 10-15% позволяет снизить вес магнитов при сохранении магнитной энергии системы. В результате снижения веса потребляемых магнитов экономятся остродефицитные дорогостоящие материалы, повышаются эксплуатационные характеристики аппаратуры.

Снижение трудоемкости изготовления магнитов позволяет снизить себестоимость аппаратуры и поднять ее конкурентоспособность.

Предлагаемый способ обеспечивает возможность повысить механические свойства постоянных магнитов по сравнению со свойствами магнитов, полученных методом пропитки. И магниты, полученные предлагаемым способом, обладают высокой коррозионной стойкостью, малым удельным весом по сравнению с цельнолитыми, хорошо обрабатываются методами резания или фрезерования на универсальных станках.

Магниты, изготовленные предлагаемым способом, найдут широкое применение в различных аппаратах и приборах с электромеханическими системами, позволяют создать аппаратуру с высокими эксплуатационными свойствами. Ожидаемая потребность в магнитах, изготавливаемых предлагаемым способом, составляет 1500 тыс.шт./год.

Claims (3)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ, включающий получение порошка из магнитного материала, осаждение частиц порошка в ориентирующем магнитном поле, введение в порошок связующего, формование магнитов под давлением в ориентирующем магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью повышения магнитных свойств и производительности труда, введение связующего осуществляют перед осаждением частиц путем капсулирования частиц порошка осаждением связующего на его поверхности с наложением ориентирующего магнитного поля, а формование порошка ведут с нагревом и последующим охлаждением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ориентирующее магнитное поле при капсулировании и осаждении частиц выбирают величиной не ниже 2-кратного значения коэрцитивной силы магнитного материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до температуры выше температуры расплавления связующего и ниже температуры Кюри магнитного материала.