СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАГНИТОТВЕРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-ХРОМ-КОБАЛЬТ
PRODUCTION OF IRON-CHROMIUM-COBALT-SYSTEM-BASED MAGNETICALLY HARD ALLOY POWDERS

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 γ-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 B<sub>r</sub>, Тл
Коэрцитивная сила H<sub>cB</sub>, кА/м
Макс. энерг. произведение (ВН)<sub>макс</sub>, кДж/м<sup>3</sup>
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