Магнитные порошковые материалы

Различают магнитомягкие и магнитотвердые материалы.

Магнитомягкие – это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал – чистое железо и его сплавы с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием, алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1 % пластмассы, которая полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.

Отдельно выделяется группа магнитодиэлектриков – это частицы магнитомягкого материала, разделенные тонким слоем диэлектрика – жидкого стекла или синтетической смолы. Таким материалам присущи высокое электросопротивление и минимальные потери на вихревые токи и на перемагничивание. Изготавливаются в результате смешивания, прессования и спекания, особенностью является то, что при нагреве частицы магнитного материала остаются изолированными и не меняют формы. За основу используют чистое железо, альсиферы.

Магнитотвердые материалы (постоянные магниты) – материалы с малой магнитной проницаемостью и большой коэрцитивной силой.

Магниты массой до 100 г изготавливают из порошковых смесей такого же состава, как литые магниты: железо – алюминий – никель (альни), железо – алюминий – никель – кобальт (альнико). После спекания этих сплавов обязательна термическая обработка с наложением магнитного поля.

Высокие магнитные свойства имеют магниты из сплавов редкоземельных металлов (церий, самарий, празеодим) с кобальтом.

Металлические стекла

Металлические стекла (аморфные сплавы, стекловидные метал­лы, метглассы) — металлические сплавы в стеклообразном состоянии, образующиеся при сверхбыстром охлаждении металлического рас­плава, когда быстрым охлаждением предотвращена кристаллизация (скорость охлаждения < 10⁶ К/с).

Металлические стекла — метастабильные системы, которые кристаллизуются при нагревании до температуры ~ 1/2 t_пл. Нагрев, когда подвижность атомов возрастает, постепенно приводит аморф­ный сплав через ряд метастабильных состояний в стабильное кри­сталлическое состояние. Многие металлические стекла испытывают структурную релаксацию уже при температуре чуть выше комнатной. Наложение деформирующего напряжения усиливает диффузионную подвижность и связанную с ней структурную перестройку сплавов.

Состав металлических стекол чаще всего выражается форму­лой М₈₀Х₂₀, где М — переходные (Cr, Mn, Fe, Co, Ni и др.) или благо­родные металлы, а X — поливалентные неметаллы (В, С, N, Si, P, Ge и др.), являющиеся стеклообразующими элементами.

Металлические стекла отличаются от кристаллических сплавов отсутствием таких дефектов структуры, как вакансии, дислокации, границы зерен, и уникальной химической однородностью: отсутству­ет ликвация, весь сплав однофазен.

Особенности строения металлических стекол обусловливают отсутствие характерной для кристаллов анизотропии свойств, высо­кую прочность, коррозионную стойкость и магнитную проницае­мость, малые потери на перемагничивание.

Физико-химические свойства металлических стекол значитель­но отличаются от свойств литых сплавов. Характерными особенно­стями потребительских свойств металлических стекол являются высо­кая прочность в сочетании с большой пластичностью и высокой коррозионной стойко­стью. Некоторые металлические стекла — ферромагнетики с очень низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью (например, Fe₈₀B₂₀), а для других характерно очень слабое поглоще­ние звука (сплавы редкоземельных металлов с переходными металла­ми). Наиболее широкое применение металлические стекла нашли бла­годаря магнитным и коррозионным свойствам.

Магнитно-мягкие металлические стекла изготавливают на ос­нове Fe, Co, Ni с добавками 15...20 % аморфообразующих элементов B, С, Si, P. Например, Fe₈₁Si₃, 5B₁₃, 5C₂ имеют высокое значение маг­нитной индукции (1,6 Тл) и низкое значение коэрцитивной силы (32...35 мА/см). Аморфный сплав Co₆₆Fe₄(Mo, Si, В)₃₀ имеет сравни­тельно небольшое значение магнитной индукции (0,55 Тл), но высо­кие механические свойства (900... 1000 HV).

Высоким сопротивлением коррозии обладают только стабиль­ные аморфные сплавы. Так, для изготовления коррозионно-стойккх деталей используют металлические стекла на основе железа и никеля, содержащие не менее 3...5 % хрома и некоторые другие элементы. Критическая концентрация хрома, обеспечивающая стабильность аморфного сплава, определяется соотношением между легирующими элементами сплава и активностью коррозионной среды. Сопротивление металлических стекол коррозии снижают процессы, усиливающие химическую неоднородность, а именно:

· появление флуктуации химического состава; разделение исходной аморфной фазы на две другие аморфные фазы или фазы с другим химическим составом;

· переход аморфной фазы в двух- или многофазную смесь кри­сталлов разного химического состава;

· образование кристаллической фазы того же химического со­става, что и окружающая матрица.