способ получения текстурированных покрытий с анизотропной коэрцитивной силой на основе магнитных соединений

Формула изобретения

Способ получения текстурированных покрытий с анизотропной коэрцитивной силой на основе магнитных соединений, включающий синтез магнитных композиционных порошков, отличающийся тем, что магнитные порошки гексаферрита стронция помещают равномерно в канавку на поверхности деформируемых металлов и сплавов, проводят подпрессовку, затем прокатку с защитной прослойкой из фольги титана между порошком и прокатными валками в интервале температур от 20 до 600°С, с последующим отжигом при температуре 800-850°С продолжительностью не менее 2,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разработке металлургических способов изготовления магнитных материалов, а именно к использованию технологии прессования и прокатки для текстурирования однодоменных частиц магнитотвердых материалов на основе гексаферрита стронция, в том числе легированного различными элементами. Получаемый материал может быть использован в виде покрытий на металлических и неметаллических подложках для применения в устройствах магнитной записи высокой плотности и постоянных магнитах.

Гексаферрит стронция и материалы на его основе являются распространенными магнитотвердыми материалами. Наиболее известным способом их получения является метод термической кристаллизации стеклообразных предшественников в системах ВаО-Fe₂O₃-B₂O ₃ и Sr-Fe₂O₃-В₂О₃ . Указанный метод описан в работе [Shirk B.T., Buessem W.R., Journal of American Ceramic Society, 1970, 53(4), 192-196] и патентах [US 3630667 Production of Barium Ferrite и US 3716630 Hard Magnetic Ferrites]. При этом величина коэрцитивной силы достигает 5350 и 5800 Э для гексаферритов бария и стронция соответственно. Недостатком этого метода является принципиальная невозможность получения текстурированного материала с анизотропной коэрцитивной силой и достижения более высоких ее значений.

В качестве прототипа изобретения выбран способ, описанный в работах [Д.Д.Зайцев, П.Е.Казин, А.В.Гаршев, Ю.Д.Третьяков, М.Янзен. Неорган.материалы, 2004, 40,1009-1013), D.D.Zaitsev, S.E.Kushnir, P.E.Kazin,, Yu.D.Tretyakov, M.Jansen (Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006, 301, 489-494). Он предусматривает использование стекол в системе SrO-Fe₂O₃-Al₂O₃-B ₂O₃ для получения ультрадисперсного гексаферрита стронция. Недостатком прототипа, как и в предыдущем случае, является то, что он не позволяет получать магнитотвердый материал с анизотропной коэрцитивной силой в поперечном и продольном направлениях магнитного поля.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа изготовления магнитных текстурированных материалов с анизотропной коэрцитивной силой вдоль направления прокатки магнитного покрытия и поперек.

Техническим результатом изобретения является повышение коэрцитивной силы и степени ее анизотропности в магнитных покрытиях на основе гексаферрита стронция.

Технический результат достигается тем, что в способе получения текстурированных покрытий с анизотропной коэрцитивной силой на основе магнитных соединений, включающем синтез магнитных композиционных порошков, согласно изобретению магнитные порошки гексаферрита стронция помещают равномерно в канавку на поверхности деформируемых металлов и сплавов, проводят подпрессовку, затем прокатку с защитной прослойкой из фольги титана между порошком и прокатными валками в интервале температур от 20-600°С, с последующим отжигом при температурах 800-850°С продолжительностью не менее 2,5-х часов.

Поставленная задача решена благодаря тому, что обработанные методом прессования и прокатки материалы в виде покрытий или чешуек содержат однодоменные магнитные частицы, сориентированные в немагнитной матрице вдоль направления прокатки.

На первом этапе проводится синтез высококоэрцитивных частиц гексаферрита стронция по технологии кристаллизации стекол в системе SrO-Fe₂ O₃-Al₂O₃-В₂О ₃. Для успешного проведения синтеза необходимо соблюдение основного условия: - исходный состав стекла должен быть таковым, чтобы в конечном продукте гексаферрит стронция был доминирующей железосодержащей фазой (т.е. предполагается высокий выход желаемого продукта) и иметь тенденцию образовывать аморфное стекло при быстром охлаждении (т.е. должен содержать достаточное количество стеклообразующих компонентов). Этим условиям удовлетворяют составы вида SrFe₁₂O₁₆+n·Sr_mB ₂O_3+m, где 6 n 12, 1 m 2. Кроме того, для модификации свойств стекол в указанные композиции могут быть внесены дополнительные добавки оксидов SrO, Al₂O₃, В₂О₃, Na₂O и K₂O (до 20 вес.%).

Для приготовления стекол используются соединения стронция, железа, алюминия, бора, натрия и калия, при термической обработке которых образуются соответствующие оксиды. Исходные вещества берутся в необходимых молярных соотношениях. Смесь исходных веществ нагревается до температур 1150-1600°С, при этом происходит их разложение и плавление. Полученный расплав при быстром охлаждении закаливается для образования стекла. Стекло представляет собой плотный аморфный материал.

Ультрадисперсные порошки гексаферрита стронция получают при растворении остальных фаз стеклокерамики, например, в растворах соляной или уксусной кислот. Частицы, формирующие порошки, по форме и размерам не отличаются от частиц в исходной стеклокерамике. Коэрцитивная сила порошков составляет не менее 5000 Э (400 кА/м), намагниченность насыщения порошков не менее 40 э.м.е./г (40 А·м²/кг).

На втором этапе проводится термообработка для кристаллизации частиц гексаферрита; размер и форма частиц зависят от условий термообработки. Высококоэрцитивные частицы SrFe₁₂O₁₉ формируются в процессе термообработки стекол при температурах 850-1000°С продолжительностью не менее 5-10 мин.

Частицы SrFe₁₂O ₁₉ имеют форму гексагональных пластин с толщиной 50-150 нм и диаметром 200-500 нм (отношение толщина/диаметр находится в пределах 1/5-1/3). Степень замещения железа на алюминий составляет х=0.5-2.0. Коэрцитивная сила стеклокерамики составляет не менее 5000Э (400 кА/м), намагниченность насыщения не менее 12 э.м.е./г (12А·м²/кг).

На третьем этапе порошок, получаемый растворением немагнитной матрицы в разбавленном растворе соляной кислоты, размещают в виде равномерного слоя в канавке глубиной 1,5-2,0 мм на поверхности подложек из различных деформируемых металлов или сплавов (олова, алюминия, меди, титана и др.).

На четвертом этапе порошок сверху накрывают фольгой из титана и образец подвергают прессованию при температурах в интервале от 20 до 600°С под давлением от 5×10 ³ кГ/см² до 10⁴ кГ/см² в течение 5-10 мин. При этом наблюдается текстурирование частиц гексаферрита, дальнейшее утонение и текстурирование происходит в процессе прокатки. На пятом этапе образец подвергают холодной прокатке на двухвалковом стане, между верхним валком и магнитным покрытием во избежание прилипания порошка к поверхности валка прокладывается фольга титана с высокой чистотой поверхности, повышение степени чистоты поверхности фольги приводит к формированию высокочистой и высокоплотной структуры поверхности магнитного покрытия. В зависимости от степени деформации и количества проходов зависит толщина прокатанного покрытия (от 200-300 мкм до 10-20 мкм и менее).

На шестом этапе с целью спекания частиц проводится термообработка покрытия, при этом в зависимости от температуры и продолжительности отжига и температурного градиента возможен контролируемый рост магнитных частиц и дальнейшее текстурирование, что и приводит к усилению анизотропии коэрцитивной силы.

Для получения отдельных чешуек из гексаферрита стронция необходимо кратковременное оплавление подложки, например, в случаях подложек из олова, алюминия, а также кратковременный нагрев в случае меди, титана. Сравнение магнитных характеристик текстурированных материалов с исходными порошками композитов (номинальные составы - 1-й серии (SrFe₁₂O₁₉+8 SrB₂O₄ ) и 2-й серии (SrFe₁₂O₁₉+12Sr₂ B₂O₅) и серия 3 (SrFe₁₁AlO ₁₉+8 SrB₂O₄) после прокатки на подложках (из меди и алюминия) и отжига при температурах (800, 850°С) в течение 2,5 часов представлено в таблице 1.

Степень текстурирования оценена при помощи полнопрофильного анализа рентгенограмм методом Ритфельда с установлением параметра преимущественной ориентации образца. Установлено, что во всех прокатанных покрытиях частицы порошка имеют преимущественную ориентацию в направлении с и перпендикулярно поверхности покрытия, что соответствует орентации пластинчатых кристаллов вдоль плосуости прокати. Степень текстурирования покрытий из порошков гексаферрита стронция, полученных на подложках из алюмия и меди, представлена в таблице 2.

Таблица 2
Степень тескстурирования покрытий из гексаферрита стронция, полученных прокаткой на подложках из алюминия и меди
Подложка	Температура обработки, C°	Степень текстурирования
Алюминий	850	0,73
Медь	850	0,73