способ получения порошковых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт

Формула изобретения

Способ получения порошковых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт, включающий приготовление исходной порошковой шихты, содержащей железо, хром, кобальт и легирующие элементы, формование полученной шихты, спекание, термообработку, включая термомагнитную, отличающийся тем, что при приготовлении исходной шихты вводят нанодисперсные порошки железа, хрома и кобальта в количестве до 15 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии в части технологии получения постоянных магнитов из магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт методами порошковой металлургии.

Известны способы получения магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт методами порошковой металлургии, включающими смешение порошков железа, хрома, кобальта и легирующих добавок, формование для получения порошковых заготовок постоянных магнитов, их спекание в вакууме (или в защитной атмосфере) при температурах 1350-1420°С, термическую обработку, включая термомагнитную, для получения окончательных магнитных гистерезисных свойств.

Способ патента США № 4401482 (1983 г.) "Fe-Cr-Co magnets by powder metallurgy processing" включает использование органических связующих определенного класса (поверхностно-активные вещества) в количестве 1-3%, которые затем удаляются при температурах до 600°С в процессе спекания отформованных заготовок. Недостатком этого способа получения порошковых магнитотвердых материалов системы Fe-Cr-Co является само использование органических связующих добавок, которые при использовании механоактивации порошков шихты загрязняют сплав углеродом, являющимся сильным -образующим элементом, приводящим к резкому уменьшению остаточной индукции и максимального энергетического произведения магнитотвердых FeCrCo сплавов.

Известен патент Российской Федерации № 2334589 С2 (2008 г.) «Способ изготовления магнитов из порошковых материалов на основе системы железо-хром-кобальт», который основан на использовании порошков ферросплавов легирующих элементов (ферросилиция и ферромолибдена), обеспечивающих жидкофазное спекание и тем самым повышающих плотность получаемых постоянных магнитов. К сожалению, этот способ изготовления магнитов из порошковых материалов на основе системы железо-хром-кобальт не обеспечивает снижения температуры спекания отформованных порошковых заготовок и тем самым не позволяет снизить энергозатраты на производство постоянных магнитов.

Технология получения постоянных магнитов из порошковых магнитотвердых сплавов системы Fe-Cr-Co, подробно описанная в статье M.L. Green, R.C. Sherwood and С.С. Wong "Powder metallurgy processing of CrCoFe permanent magnet alloy containing 5-25 wt. % Co" (J. Appl. Phys. 1982, v. 53, № 3, pp.2398-2400), свидетельствует, что оптимальной температурой спекания является температура 1400-1420°С, которая достаточно высока для спекания металлических сплавов и требует наличия специализированного оборудования.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения спеченных порошковых магнитотвердых FeCrCo сплавов патента США № 4601876 (1986 г.) "Sintered Fe-Cr-Co type magnetic alloy and method for producing article made thereof, сущность которого состоит в том, что для интенсификации процесса спекания проводят мехактивацию как исходных порошков шихты, так и порошков сплавов прекурсоров, вводимых в шихту. К недостаткам этого способа получения порошковых постоянных магнитов следует отнести необходимость использования порошков прекурсоров высокохромистых и высококобальтовых FeCrCo сплавов, обработанных на сигму-фазу, что существенно усложняет весь технологический процесс получения порошковых магнитов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа получения порошковых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт.

Техническим результатом изобретения является снижение времени и температуры спекания.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе получения порошковых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт, включающем приготовление шихты, содержащей порошки железа, хрома, кобальта и легирующих элементов, формование полученной шихты, спекание, термообработку, включая термомагнитную, согласно изобретению в состав используемой шихты вводят нанодисперсные порошки железа, хрома и/или кобальта в количестве до 15 масс.%.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что аналогичная интенсификация процесса спекания FeCrCo сплавов достигается путем введения в исходную порошковую шихту нанопорошков железа, кобальта и/или хрома в количестве до 15 масс.%. При введении нанопорошков не только снижается время спекания в 1,5-2 раза, но и снижается оптимальная температура спекания на 100-150°С за счет более развитой поверхности спекаемых порошков. В таблице 1 представлены магнитные гистерезисные свойства порошкового магнитотвердого сплава Fe-22Cr-15Co-1Ti (22Х15КА по ГОСТ 24897-81) в зависимости от содержания нанопорошка в исходной порошковой шихте, времени и температуры спекания. Из таблицы 1 видно, что введение нанопорошков исходных элементов шихты в количестве более 15 масс.% не приводит к дальнейшему снижению температуры и времени спекания, а приводит только к удорожанию производимой продукции.

Таблица 1
Содержание нанопорошка в исходной порошковой шихте	Температура и время спекания	Остаточная индукция Br, Тл	Коэрцитивная сила HcB, кА/м	Макс. энерг. произведение (ВН)макс, кДж/м3
0 масс.%	1400°С (3 часа)	1,38	49,5	37,8
	1430°С (4 часа)	1,35	39,6	25,7
	1370°С (4 часа)	1,06	40,9	19,5
5 масс.%	1400°С (3 часа)	1,36	46,2	35,0
	1400°С (2 часа)	1,37	49,6	38,0
	1370°С (4 часа)	1,30	44,0	30,0
10 масс.%	1400°С (2 часа)	1,36	48,0	36,0
	1370°С (2 часа)	1,39	49,0	38,7
	1350°С (4 часа)	1,32	43,5	32,6
	1320°С (4 часа)	1,30	40,3	29,0
15 масс.%	1370°С (2 часа)	1,39	47,0	37,5
	1350°С (4 часа)	1,40	48,3	40,2
	1350°С (2 часа)	1,41	48,8	41,2
	1300°С (4 часа)	1,42	48,6	43,4
	1300°С (2 часа)	1,44	48,4	45,0
	1270°С (4 часа)	1,35	44,2	36,0
20 масс.%	1300°С (2 часа)	1,45	48,0	44,9
	1270°С (6 часов)	1,36	45,2	37,4
	1270°С (4 часа)	1,34	44,4	36,0