Способ производства высокоэнергетических коррозионностойких порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих рзм

Способ производства высокоэнергетических коррозионностойких порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих рзм

Реферат

 

Использование: в области металлургии для создания постоянных магнитов, использующихся в электротехнике, электронике, медицине. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют выплавку сплава исходного состава, содержащего РЗМ, получение порошка из этого исходного сплава, его прессование в магнитных полях, спекание, закалку и отпуск, причем перед спеканием на прессованные в магнитных полях заготовки постоянных магнитов наносят коррозионностойкие, жаростойкие порошковые покрытия из самофлюсующихся сплавов систем Ni - Cr - C - B - Si, Fe - Cr - C - B - Si толщиной 0,05-0,1 мм с температурой плавления на 10-100^oС ниже температуры спекания магнитов (1060-1150^oС). Сочетание магнитно-мягкого коррозионностойкого покрытия из сплава системы Fe-Cr-C-B-Si с Нс = 0,3 кА/м с магнитно-твердым материалом постоянного магнита с Нс = 720-1050 кА/м представляет собой коррозионностойкий магнитный композиционный материал для магнитных систем, либо может являться газовой магнитной системой. 2 табл.

Изобретение относится к созданию высокоэнергетических коррозионно- и жаростойких постоянных магнитов. Данное изобретение может найти широкое применение в области создания материалов для медицины (микрохирургия, например), электронных приборов, электрических машин и т.п. оборудования, работающего во влажных средах, коррозионных средах.

Известен способ производства постоянных магнитов из сплавов Fe-РЗМ-В с защитными покрытиями от коррозии, заключающийся в том, что материалы покрытий термического отверждения используются в качестве газонепроницаемой оболочки в процессе горячего изостатического прессования магнитов.

Недостатками полимерных материалов, используемых в качестве коррозионностойких защитных покрытий для постоянных магнитов по сравнению с металлическими покрытиями, являются недостаточная устойчивость и способность сохранять форму даже в условиях невысокого нагрева, низкий модуль упругости, пониженная способность воспринимать ударные нагрузки и небольшая износостойкость. Не все материалы данного типа имеют биологическую совместимость с биологической тканью и агрессивной средой крови, что делает невозможным применение таких магнитов в отдельных областях медицины (соединители сосудов, устройства для извлечения ферромагнитных предметов из желудка человека и животных, магнитные датчики).

Известен также способ нанесения защитных покрытий методами диффузионной металлизации, основным недостатком которого является высокая продолжительность высокотемпературного технологического процесса (например, хромирование 6-12 ч при 1000-1050^оС), что делает невозможным применение этого метода нанесения защитных покрытий на готовые магниты вследствие роста зерна материала порошковых постоянных магнитов, ведущего к резкому падению магнитных характеристик и невозможность совмещения технологической операции нанесения металлических покрытий с какой-либо технологической операцией производства постоянных магнитов с целью сокращения производственного цикла, увеличения экономической эффективности технологии производства магнитов, так как продолжительность диффузионной металлизации значительно, не менее, чем в 10 раз, превышает продолжительность такой операции, как спекание, что также приведет к падению магнитных характеристик магнитов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ получения коррозионностойких порошковых, высокоэнергетических постоянных магнитов из сплавов системы Fe-Nd-B, включающий в себя литье сплава системы Fe-Nd-B, получение порошков дисперсностью 5-7 мкм, прессование в магнитных полях, спекание, термическую обработку, подготовку поверхности к нанесению металлических гальванических покрытий и их нанесение хромом, никелем, цинком, а также многослойных Cu-Ni, Cu-Ni-Cr.

Достоинствами метода нанесения коррозионностойких покрытий гальваническим методом по сравнению с методом диффузионной металлизации является значительно меньшая продолжительность технологического процесса (45-60 мин), достаточно низкие температуры проведения техпроцесса (20-100^оС), более низкие электрозатраты, более низкая себестоимость технологического процесса по сравнению.

Недостатками способа создания коррозионностойких порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, являются: экологически грязное производство; высокая продолжительность техпроцесса 45-60 мин; невозможность совмещения операции нанесения покрытия с какой-либо технологической операцией производства постоянных магнитов; пористость гальванического покрытия составляет 0,5 3 (пористость минимальна при нанесении молочных хромовых коррозионностойких покрытий); в ряде случаев необходимость проведения дополнительной термической обработки при повышенных температурах (черное хромирование при 110-120^оС в течение 0,5-1 ч, блестящее никелирование 300 40^оС, в течение 1 ч, когда резко падают все магнитные характеристики постоянных магнитов; лишь защитно-декоративные слои толщиной до 5 мкм, нанесенные на готовые магниты из сплавов системы Fe-Nd-B, практически не влияют на магнитные характеристики постоянных магнитов.

Указанные недостатки обусловлены несовершенством технологии создания коррозионностойких покрытий гальваническим методом нанесения их на постоянные магниты.

Целью изобретения является создание высокопроизводительной технологии изготовления коррозионностойких высокоэнергетических порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ.

Достигается это тем, что в предлагаемом способе изготовления высокоэнергетических, порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, осуществляется выплавка сплава, получение порошка из этого исходного сплава, его прессование в магнитных полях, спекание, закалка и отпуск, причем перед спеканием на прессованные в магнитных полях заготовки постоянных магнитов наносятся коррозионностойкие жаростойкие порошковые металлические покрытия из самофлюсующихся сплавов систем: Ni-Cr-C-B-Si, Fe-Cr-C-B-Si толщиной 0,05-0,1 мм с температурой плавления на 10-100^оС ниже температуры спекания магнитов (1060 1150^оС).

В табл.1 представлены технологические параметры получения высокоэнергетических коррозионностойких постоянных магнитов из сплавов содержащих РЗМ; в табл.2 характеристики постоянных магнитов, полученных в соответствии с технологическими параметрами табл.1.

Свойства коррозионностойких покрытий из самофлюсующихся сплавов в основном определяются содержанием в сплаве кремния и бора. С увеличением концентрации бора возрастает твердость и износостойкость защитных покрытий. В табл.1 представлены химические составы самофлюсующихся сплавов как на основе Ni-Cr-B-Si-C (сплав 1, 4), так и на основе железа (сплав 2; 5), и меди (сплав 3).

Самофлюсующиеся сплавы систем Ni-Cr-B-Si-C, Fe-Cr-C-B-Si хорошо смачивают поверхность прессованной заготовки магнита и сплав растекается по поверхности при оплавлении его в процессе спекания, сплавы этой системы имеют благоприятный высокий температурный интервал кристаллизации, обеспечивает в покрытии минимальное количество шлаковых включений, обладающих низкой жидкотекучестью, образуя при охлаждении с температуры спекания на поверхности спеченных магнитов беспористое коррозионностойкое покрытие. Защитные покрытия из самофлюсующихся сплавов систем Ni-Cr-B-Si-C, Fe-Cr-C-B-Si имеют высокую адгезию и когезию по отношению к материалу магнитов. Необходимо отметить высокую совместимость материала защитного покрытия из сплавов указанных выше систем с материалом магнитов, содержащих РЗМ, включая длительную эксплуатацию в различных средах как при комнатной температуре, так и при повышенных температурах вплоть до 500^оС. Оптимальные температуры спекания прессованных заготовок магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, в зависимости от химического состава этих сплавов составляют 1050-1150^оС.

Температура плавления выбранных сплавов (пример 1-3, 30-31; 14-16. 32-33) для нанесения коррозионностойких покрытий (1050-1070^оС) укладывается в этот оптимальный температурный интервал спекания магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, что позволяет совместить технологические операции спекания и нанесения коррозионностойких покрытий.

Стабильны результаты по сплавляемости покрытий и их свойствам при использовании многочисленных методов нанесения и напыления защитных покрытий порошками из самофлюсующихся сплавов узкого фракционного состава, например 65-100 мкм.

Низкий перегрев (менее +10^оС) не обеспечивает оплавления порошкового материала защитного покрытия из самофлюсующегося сплава и покрытия на магните при охлаждении после спекания не образуется (примеры 4,5,17,18). Высокий перегрев (выше +100^оС) вызывает бурный рост зерна материала постоянного магнита и падение уровня магнитных характеристик после полной термической обработки (примеры 6,7,12,13,19,20,25,26).

Образование коррозионностойкого беспористого покрытия из самофлюсующихся сплавов систем Ni-Cr-B-Si-C, Fe-Cr-C-B-Si не затрудняет проведение последующих после спекания термических обработок вплоть до 1000^оС (закалки и отпуска) магнитов, вызывающих резкое повышение уровня всех магнитных характеристик постоянных магнитов. Защитное покрытие из самофлюсующихся сплавов системы Ni-Cr-B-Si-C жаростойко вплоть до 500^оС в процессе эксплуатации, обладает хорошей износостойкостью.

Вследствие ярко выраженной способности к пассивированию никелевые покрытия и покрытия на основе никелевых сплавов коррозионностойкости и атмосфере, во многих органических кислотах, слабо растворимы в минеральных кислотах и устойчивы в щелочах при всех температурах и концентрациях.

Совмещение операции образования защитного коррозионностойкого жаростойкого покрытия на самофлюсующихся сплавов систем Ni-Cr-B-Si-C; Fe-Cr-C-B-Si с операцией спекания порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, приводит к повышению производительности труда и снижению себестоимости получения высококачественных порошковых высокоэнергетических постоянных магнитов с металлическими коррозионностойкими жаростойкими покрытиями по сравнению с другими способами повышения коррозионной стойкости постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, в том числе и способе, принятого нами за прототип.

Оптимальная толщина коррозионностойкого покрытия из сплавов систем Ni-Cr-B-Si-C, Fe-Cr-C-B-Si на постоянных магнитах из сплавов, содержащих РЗМ, составляет 0,05 0,1 мм. Получение защитного покрытия в виде пленки, толщиной менее 0,05 мм приводит к скручиванию материала защитного покрытия с поверхности спеченного порошкового магнита. Получение защитного покрытия толщиной более 0,1 мм экономически нецелесообразно из-за излишнего расходования материала защитного покрытия, а также в отдельных случаях отслаивания материала защитного покрытия с поверхности спеченного магнита.

Использование предлагаемого способа получения коррозионностойких высокоэнергетических порошковых постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: экологически чистое производство, получение беспористых металлических коррозионностойких, жаростойких покрытий на постоянных магнитах без потери уровня магнитных характеристик, повышение производительности труда не менее, чем в 3 раза.

Новизной технического решения по изготовлению коррозионностойких, жаростойких постоянных магнитов из сплавов, содержащих РЗМ, является то, что операция получения металлического коррозионностойкого жаростойкого покрытия на постоянных магнитах из сплавов, содержащих РЗМ, совмещение с технологической операцией спекания прессованных заготовок постоянных магнитов. Отличительной особенностью настоящего патента является также то, что при термической обработке спекания магнитов осуществляется не термическое отверждение защитного покрытия, как в работе, или электроосаждение металлической твердой фазы защитного покрытия на поверхности готовых магнитов, как в прототипе, а расплавление металлического самофлюсующегося сплава систем Ni-C-Cr-B-Si или Fe-Cr-C-B-Si защитного покрытия до образования жидкого расплава, частичного заполнения этим расплавом открытых пор прессованных заготовок постоянных магнитов. Кристаллизация жидкого раствора материала защитного покрытия на поверхности спеченных магнитов осуществляется в процессе охлаждения магнитов после спекания. Образование металлического коррозионностойкого беспористого жаростойкого покрытия толщиной 0,05-0,1 мм не ухудшает уровня магнитных характеристик магнитов после полной термической обработки ни на один процент.

По имеющимся у авторов сведениям, отличительные признаки, указанные авторами в данной заявке, не известны ни в одной области науки и техники. Следовательно, по мнению авторов, данное решение отвечает критерию "новизна" или "существенное отличие".

Необходимо также отметить, что основу структуры защитного покрытия из сплава системы Fe-Cr-C-B-Si составляет магнитно-мягкий материал твердый раствор, феррит, легированный хромом. Сочетание магнитно-мягкого коррозионностойкого покрытия с Нс 0,3 кА/м с магнитно-твердым материалом постоянного магнита с Не720-1050 т кА/м представляет собою коррозионностойкий магнитный композиционный материал для магнитных систем, либо может являться готовой магнитной системой.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПОРОШКОВЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ИЗ СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ РЗМ, включающий выплавку сплава, его прессование в магнитном поле, спекание, закалку и отпуск, отличающийся тем, что перед спеканием на прессованные в магнитном поле заготовки наносят коррозионностойкие, жаростойкие порошковые покрытия из самофлюсующихся сплавов систем Ni - Cr - C - B - Si и Fe - Cr - C - B - Si толщиной 0,05 - 0,1 мм с температурой плавления на 10 - 100^oС ниже температуры спекания магнитов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8