Способ получения магнито-мягкого материала

Способ получения магнито-мягкого материала

Реферат

 

Использование: для изготовления магнитопроводов. Сущность изобретения заключается в смешении порошков железа (90 94 мас.) и феррофосфора (6 10 мас.) с содержанием фосфора 10 13 мас. их прессовании и спекании в атмосфере азота. Способ позволяет снизить энергозатраты за счет удешевления атмосферы спекания, обеспечить безопасность спекания и получить магнитомягкий материал с достаточно высокими магнитными свойствами. 2 табл. 1 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству материалов для магнитопроводов бытовой техники промышленной частоты 50 Гц. В порошковой металлургии известно положительное влияние фосфора на магнитомягкие свойства порошковых материалов на основе железа. Для получения порошка с равномерно распределенным в нем фосфором используют водный раствор диаммоний-фосфата, при разложении которого во время термической обработки порошка образуется фосфор за счет восстановления водородом [1] Таким способом получают промышленный порошок марки ЖФ1 (1 мас. Р в железном порошке).

Известен также способ получения магнитомягкого материала с добавкой феррофосфора [2] Этот материал получали путем механического смешивания железного порошка и порошка феррофосфора в расчете, чтобы в материале было 0,7-1,0 мас. Р. Спекание проводили в атмосферах конвертированного газа и водорода.

Материал спекали после однократного прессования при 1170^оС в течение 4 ч. При спекании в среде водорода магнитные характеристики получаются несколько лучшими, чем при спекании в конвертированном газе при одной и той же температуре. Это связано с некоторым науглероживанием изделий при спекании. В данной работе сделан вывод, что у материала из порошка марки ЖФ1 магнитные свойства выше, чем у материала с добавкой феррофосфора с таким же процентным содержанием фосфора. Это объясняется более равномерным распределением фосфора в порошке.

Однако наилучшим способом добавки фосфора является смешивание железного порошка с порошком Fe₃P. В этом случае образуется более высокая плотность изделий и лучшие магнитные свойства за счет того, что спекание протекает в присутствии жидкой фазы. В этой работе спекание проводили при 1177^оС в течение 2 ч в сухом водороде. За основу брали железный порошок фирмы Хеганес марки ASC-100-29. Оптимальные магнитные свойства получались у материалов с добавкой 0,8-1,2 мас. P.

Недостатком описанных технологий является то, что осушенный водород является дорогостоящей и взрывоопасной атмосферой.

Цель изобретения получение магнитномягкого материала с высокими характеристиками при снижении энергозатрат за счет спекания в менее дорогостоящей атмосфере и повышение ее безопасности. Для этого в способе получения магнитномягкого материала атмосферой спекания является азот (5 мас. водорода). Эта атмосфера безопасна. Однако азот при спекании изделий из железного порошка вызывает их азотирование, что создает напряжение решетки железа и резко повышает коэрцитивную силу. Это устраняется добавкой феррофосфора в материал.

При содержании феррофосфора в шихте 6-10 мас. коэрцитивная сила уменьшается в 3,5-4 раза по сравнению с железным материалом без добавки феррофосфора и достигает значений коэрцитивной силы образцов, спеченных в водороде. К тому же при спекании в азоте увеличиваются значения индукции насыщения образцов с добавкой феррофосфора во всем исследуемом интервале его процентного содержания по сравнению с образцами, спеченными в водороде.

При этом важную роль играет процентное содержание фосфора в феррофосфоре, которое обуславливает температуру спекания материала. Для получения жидкофазного спекания при температуре 1150^оС следует иметь 10-13 мас. фосфора в феррофосфоре. Эта область, где образуется фаза Fe₃H, является ферромагнитной.

На чертеже представлен график зависимости коэрцитивной силы (Н_с) образцов, спеченных в атмосферах азота и водорода от процентного содержания феррофосфора (фосфора) в шихте. При содержании феррофосфора менее 6 мас. в шихте происходит значительное увеличение коэрцитивной силы образцов, спеченных в азоте, что резко увеличивает потери на гистерезис, а следовательно, и суммарные потери. При увеличении содержания феррофосфора более 10 мас. в шихте происходит снижение индукции насыщения материала, что приводит к необходимости увеличения габаритов магнитопровода.

П р и м е р 1. Смесь порошка железа марки ПЖРЗ и феррофосфора (содержание фосфора 13 мас. ), который был получен методом измельчения сплава, смешивали в смесителе 1,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 0,78 мас. (определение хим.состава на фосфор соответствовало требованиям ГОСТа). Прессование проводили в твердосплавной пресс-форме при односторонней нагрузке 6 т/см². После прессования образцы спекали при 1150^оС в течение 2,5 ч в атмосфере азота (5 мас. водорода) в печи марки ОКБ 8086. Сравнительный анализ вели с образцами, выполненными таким же образом, но спеченными в атмосфере водорода на той же печи. После спекания образцы шлифовались до размера (5х10х55) мм². На них исследовались коэрцитивная сила и кривая намагничивания. Среднее значение коэрцитивной силы образцов, спеченных в атмосфере азота, равно 179 А/м, тогда как спеченных в водороде Н_с 188 А/м. Кривые намагничивания представлены в табл. 1.

П р и м е р 2. Смесь порошка железа марки ПЖРЗ и феррофосфора (содержание фосфора которого 13 мас.) смешивали в смесителе 2,5 ч. Процентное содержание фосфора в смеси было 1,3 мас. (определение хим. состава на фосфор соответствует требованиям ГОСТа). Прессование проводили в твердосплавной пресс-форме при односторонней нагрузке 6 т/см². После прессования образцы спекали при 1150^оС в атмосфере азота в печи марки ОКБ 8086. Сравнительный анализ вели с образцами, выполненными таким же образом, но спеченными в атмосфере водорода в той же печи. После спекания образцы шлифовались до размера (5х10х55) мм². На них исследовались коэрцитивная сила и кривая намагничивания. Среднее значение коэрцитивной силы образцов, спеченных в атмосфере азота, равно 151 А/м, а спеченных в водороде Н_с 156 А/м. Кривые намагничивания представлены в табл. 2.

Материал, полученный предлагаемым способом, предназначен для магнитопроводов электрических машин малой мощности, работающих в переменном поле до 50 Гц, в частности для магнитопровода сливного насоса бытовой посудомоечной машины (рабочее поле электродвигателя машины 10 000 А/м). Использование предлагаемого изобретения позволяет по сравнению с прототипом снизить себестоимость получаемых магнитномягких материалов и обезопасить процесс спекания.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНО-МЯГКОГО МАТЕРИАЛА путем смешения порошков железа и феррофосфора, их прессования и спекания в контролируемой атмосфере, отличающийся тем, что спекание проводят в атмосфере азота, а компоненты смешивают в следующих соотношениях, мас.

Порошок железа 90 94 Порошок феррофосфора с содержанием фосфора 10 13% 6 10

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2