История электротехники - Коллектив авторов

В истории исследований магнитных сплавов важное значение имеют работы Д.А. Оливера и Дж. Шедцена (Англия) по исследованию влияния магнитного поля в процессе охлаждения на свойства сплавов типа Fe-Ni-Al с повышенным содержанием кобальта, опубликованные в 1938 г. Благодаря их работам удалось довести магнитную энергию сплавов до 32 кДж/м3. Следующий шаг в области улучшения характеристик постоянных магнитов был сделан в 1948 г. при исследовании процессов направленной кристаллизации таких сплавов. Путем регулирования скорости охлаждения изделий удалось получить согласованную ориентацию по ребрам кубов кристаллитов, причем этот процесс усиливается при воздействии магнитного поля на образец. Методом направленной кристаллизации удается повысить остаточную магнитную индукцию до 1,3 Тл и магнитную энергию до 87,5 кДж/м3. Такие результаты в настоящее время достигаются только при специальном изготовлении магнитов. В промышленных условиях, которые обеспечивают частичную ориентацию кристаллов, магнитная энергия достигает не более 58 кДж/ м3. В ряде случаев необходимы материалы со специфическими механическими свойствами. Так, например, в производстве специальных измерительных приборов нужны постоянные магниты, изготовленные из тонколистового или пруткового сортамента; для роторов высокоскоростных машин требуются магниты с высокой прочностью на разрыв. Этим требованиям хорошо удовлетворяют исследованные в 1935 г. сплавы на основе Fe-Ni-Cu, которые имеют исключительно высокие магнитные свойства и способны подвергаться прокатке. В 1937 г. было найдено, что свойства этих сплавов существенно улучшаются, если подвергнуть их деформации в холодном состоянии. В 1940 г. был разработан сплав викалой — Fe-Co-V, по магнитным свойствам превосходящий тройные сплавы Fe-Ni-Cu, но несколько хуже поддающийся механической обработке.

В 1930 г. Н.Н. Разумовскому в СССР было выдано авторское свидетельство на способ улучшения свойств постоянных магнитов путем охлаждения их в магнитном поле. В 1944 г. А.С. Заимовскому, К.В. Нащокину и Л.М. Львовой удалось разработать сплав магнико (ЮНДК24), который превосходит альнико в 1,5–2 раза по остаточной магнитной индукции и в 3 раза по энергии. Появление анизотропных магнитов, или магнитов, имеющих магнитную текстуру, позволило уменьшить массу систем с постоянными магнитами и расширить область их применения. Высококоэрцитивные сплавы системы ЮНДК хрупки и обрабатываются только шлифованием или электроискровым методом. Поэтому постоянные магниты из этих сплавов изготовляются в основном фасонным литьем. Однако для небольших постоянных магнитов этот способ затруднителен. Для решения задачи были выбраны два пути: использование металлокерамической технологии и поиск деформируемых магнитотвердых материалов, из которых можно было бы изготовлять магниты резанием, штамповкой и точением. В табл. 10.2 приведены магнитные свойства сплавов ЮНДК.

Исследование и внедрение металлокерамических магнитов проведено ВНИИЭМ совместно с заводом «Электроконтакт». Отечественная промышленность освоила ряд деформируемых сплавов: викаллой, сплав на основе платины и др. Викаллой, выпускаемый в виде проволоки, обладает высокими магнитными свойствами и достаточной пластичностью, что позволяет легко получать тонкие цилиндрические магниты. Викаллой, изготовляемый в листах, имеет худшие магнитные свойства, но очень эффективен в производстве стрелок буссолей и компасов. Сплав на основе платины дорог и дефицитен, однако его коэрцитивная сила, магнитная энергия и пластичность настолько высоки, что магниты массой в доли грамма успешно применяются в приборостроении и в электрических наручных часах.

Объем производства литых постоянных магнитов из сплавов альни для изделий широкого потребления достигает нескольких тысяч тонн в год, на что затрачивается несколько сотен тонн дефицитного и дорогого никеля. Поэтому наряду с улучшением магнитных свойств сплавов системы ЮНДК проводились поиски дешевых и недефицитных магнитотвердых материалов.

Магнитотвердые материалы на основе соединений RCo, где R — редкоземельные ионы La, Pr, Nd, Sm и др., впервые разработаны в конце 60-х годов в СССР, США и Японии и в настоящее время по магнитным параметрам — коэрцитивной силе и максимальной магнитной энергии — намного превосходят все известные магнитотвердые материалы. Магниты из соединений RCo являются уникальными для применения в магнитных системах, где используется сила отталкивания. Магниты из материалов SmCo5 и (SmPr)Co5 широко используются в различных устройствах.

Таблица 10.2. Магнитные параметры сплавов (ГОСТ 17809–72) Марка сплава Максимальная магнитная энергия Wmax, кДж/м3 HC, кА/м Остаточная индукция Вr, Тл Тип кристаллической структуры Не менее ЮНД4 3,6 40 0,50 Равноосная ЮНД8 5,1 44 0,60 ЮНТС 4,0 58 0,43 ЮНДК 15 6,0 48 0,75 ЮНДК18 9,7 55 0,90 ЮНДК18С 14 44 1,10 ЮН13ДК24С 18 36 1,30 ЮН13ДК24 18 40 1,25 ЮН14ДК24 18 48 1,20 ЮН15ДК24 18 52 1,15 ЮН14ДК24Т2 15 60 1,10 ЮН13ДК25А 28 44 1,40 Столбчатая ЮН14ДК25А 28 52 1,35 ЮН13ДК25БА 28 48 1,40 ЮН14ДК25БА 28 58 1,30 ЮН15ДК25БА 28 62 1,25 ЮНДК31ТЗБА 32 92 1,15 ЮНДК34Т5 14 92 0,75 Равноосная ЮНДК35Т5Б 16 96 0,75 ЮНДК35Т5 18 110 0,75 ЮНДК35Т5БА 36 110 1,02 Столбчатая ЮНДК35Т5АА 40 115 1,05 Монокристаллическая ЮНДК38Т7 18 135 0,75 Равноосная ЮНДК40Т8 18 145 0,70 ЮНДК40Т8АА 32 145 0,90 Монокристаллическая

Примечание. В обозначениях марок сплавов буквы означают: Б — ниобий; Д — медь; К — кобальт; Н — никель; С — кремний; Т — титан; Ю — алюминий; А — столбчатая кристаллическая структура; АА — монокристаллическая структура. Цифры указывают процентное содержание элемента.