Сплавы на основе кобальта, железа и драгоценных металлов

Сплавы на основе кобальта, железа и драгоценных металлов.

Из деформируемых высококоэрцитивных сплавов кобальтплатиновые сплавы обладают наиболее высокой Нс: до 5,4 кЭ на поликристаллических образцах и 7 кЭ на образцах, вырезанных из монокристаллов вдоль направления. На монокристаллах кобальтплатинового сплава получено рекордное значение (ВН)m = 14,2·106 Гс·Э. Высокая пластичность кобальтплатиновых сплавов позволяет изготовлять из них детали практически любой конфигурации и размеров, включая проволоку и фольгу микронных толщин. Из-за высокой стоимости эти сплавы применяют главным образом для миниатюрных и даже сверхминиатюрных магнитных систем, чаще всего в виде тонких дисков с отношением высоты к диаметру меньше единицы.

Область высококоэрцитивных сплавов на диаграмме состояния Со—Pt расположена вблизи эквиатомного состава [23—26% (по массе) Со]. Магнитное твердение происходит в результате фазового превращения ниже 825°С с образованием сверхструктуры типа CuAu-I (упорядоченная, тетрагональная гранецентрированная решетка). Упорядоченная фаза имеет высокое значение константы магнитной кристаллографической анизотропии K1 ≈ 107 эрг/см3, что и обусловливает магнитную жесткость таких сплавов. Химический состав и магнитные характеристики сплавов, нашедших применение в СССР и за рубежом, приведены в табл. 102. 

Химический состав и магнитные свойства сплавов на основе системы Со—Pt после намагничивания в магнитном поле

В нашей стране кобальтплатиновый сплав ПлК—78 изготовляют в виде прутков — по ЦМТУ № 07-77—67 и в виде полос — по ЦМТУ №07-82—68. Сортамент сплава указан в табл. 103 (по согласованию сторон могут быть изготовлены отдельные партии сплава иного сортамента).

Размеры прутков и полос из сплава ПлК-78

Техническими условиями регламентируется химический состав сплава: 76,5—79,5% Pt, остальное — кобальт. Термическая обработка на высококоэрцитивное состояние производится у потребителя.

Максимальной Нс — до 5000 Э обладает сплав приблизительно стехиометрического состава при (ВН)m порядка 9,2—10,5·106 Гс·Э (рис. 213, см. табл. 102).

Зависимость Нс, Вr и (ВН)m от содержания кобальта в сплавах Со—Pt

Максимальной магнитной энергии 9,2·106 Гс·Э соответствует рабочая точка с координатами Вd = 3400 Гс и Hd = 2700 Э (рис. 214).

Кривые размагничивания и магнитной энергии сплава Со—Pt с 50% Со

В этих наиболее выгодных условиях работают магниты с отношением l/d = 1—1,2. Значения μr в трех точках кривой размагничивания, следующие:

Splavy osn Co Fe 5

Высокие магнитные свойства обычно получают с помощью контролируемого охлаждения (1—10 град/мин) от 1000°С и дополнительного отпуска или непосредственно после охлаждения с критической скоростью при изотермической закалке с той же температуры в соляную ванну с температурой 660°С. После резкой закалки или холодной деформации даже с высокой степенью обжатия отпущенные сплавы имеют более низкие свойства. При тех же условиях термической обработки, но при увеличении содержания кобальта на 1,5—2% (ВН)m может быть повышена до 11,7·106 Гс·Э, а Вr — до 8000 Гс, при несколько меньших значениях Hс. При небольших отклонениях от оптимального состава максимальный уровень Hс = 5000 Э может быть достигнут с помощью изотермического отпуска, по при этом (ВН)m не превышает 8—9·106 Гс·Э (рис. 215).

Зависимость Hс, Вr и (ВН)m сплавов Со—Pt от времени выдержки (τ) при 600°С после охлаждения от 1000°С со скоростью 1,3 град/с при различном содержании кобальта, %

Термически обработанные сплавы сохраняют свои магнитные свойства после длительной выдержки (1000 ч) при температурах до 350°С. При нагреве до 100—120°С изменение Вr обратимо и составляет примерно 4% (температурный коэффициент индукции αВ = 0,042%). При более высоких температурах магнитный поток намагниченных образцов резко уменьшается в течение первых пяти минут изотермической выдержки. Дальнейшее увеличение продолжительности выдержки до 1000 ч практически не оказывает существенного влияния. По этой причине магниты, предназначенные для работы при повышенных температурах, стабилизируют в течение нескольких часов при наиболее высокой рабочей температуре.

Физические и механические свойства кобальтплатиновых сплавов с 23—25% (по массе) Со после закалки и оптимальной термической обработки приведены в табл. 104.

Физические и механические свойства кобальтплатиновых сплавов

Кобальтплатиновые сплавы пластичны в закаленном (неупорядоченном) состоянии. Температурный интервал горячей деформации 1000—1100°С. С этих же температур необходима закалка перед холодной деформацией. Недостаточно резкое охлаждение приводит к хрупкости и повышает твердость, которая при оптимальном отпуске возрастает более чем в 1,5 раза (рис. 216).

Зависимость твердости сплава с 21,8% (по массе) Со (48%) от длительности выдержки при разных температурах, °С

Сплавы с максимальной Нс имеют 30HRC и повышенную хрупкость. Минимальным ρ (28 мкОм·см) обладает сплав стехиометрического состава в упорядоченном состоянии, максимальным (46 мкОм·см) — закаленный сплав с 35% Со. Удельный вес уменьшается с 18,04 до 12,6 г/см3 с увеличением содержания кобальта от 30 до 72%.

В последние годы (ВН)m кобальтплатиновых сплавов была значительно повышена путем рационального подбора легирующих элементов и режима термической обработки. Результаты лабораторных исследований в этой области не нашли еще отражения в промышленном производстве. Данные по химическому составу и термической обработке сплавов с (ВН)m выше 9,5·106 Гс·Э сведены в табл. 105.

Химический состав, %, термическая обработка и магнитные свойства сплавов на основе системы Со—Pt

При сложном легировании железом, никелем и медью с применением двойной термической обработки была показана возможность повышения (ВН)m до 13,5—14,5·106 Гс·Э. Замена 2—4% Pt палладием повышает θС на 50 град и значительно уменьшает потери магнитного потока при низкотемпературном нагреве (рис. 217).

Изменение рабочего магнитного потока сплавов Со—Pt и Со—Pt—Pd в зависимости от температуры (выдержка 5 мин)

(ВН)m порядка 8·106 Гс·Э при Hс = 2300 Э и Вr = 8800 Гс была получена на литом тройном сплаве Fe—Со—Pt с 35% Pt и 5—10% Со.

Влияние холодной деформации на магнитные свойства кобальтплатиновых сплавов, легированных другими элементами, мало изучено. Чередование холодной деформации и циклической термической обработки приводит к повышению магнитной энергии в сплавах со значительно меньшим содержанием платины при сохранении высоких механических свойств.

Высокими магнитными свойствами и способностью к холодной деформации обладают также бинарные сплавы Fe—Pt и Fe—Pd. Магнитная жесткость этих сплавов, так же как и сплава Со—Pt, связана с тетрагональной упорядоченной фазой, имеющей высокую константу магнитокристаллической анизотропии. В сплаве Fe—Pt вблизи эквиатомного состава упорядочение протекает настолько быстро, что его не удается подавить закалкой.

Холодная деформация может быть использована не только для изменения формы и размеров сплавов, но и для формирования магнитных свойств. Сочетанием холодной деформации (90—92%), при которой происходит разупорядочение, с отпуском при 400°С могут быть получены Нс = 4,6 кЭ, Вr = 6,2 кГс, (ВН)m = 7,6—8,4·106 Гс·Э. За счет повышения остаточной индукции и снижения коэрцитивной силы (ВН)m может быть увеличена до 10—11·106 Гс·Э.

В системе Fe—Pd область высококоэрцитивных состояний находится в районе 26—46% Pd. Деформация перед отпуском позволяет избежать быстрого роста зерен и получать значения Нс = 800—1000 Э при Вr = 10000 Гс и (ВH)m = 3,8·106 Гс·Э. Отпуск на оптимальные магнитные свойства производят при температурах около 400°С после холодной деформации с обжатиями 40—50%.

 

Принятые обозначения и пересчетные значения для ряда единиц измерения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Принятые обозначения

Пересчетные значения для ряда единиц измерения