Реферат на тему «Виготовлення постійних магнітів з високою намагніченістю»

Опис документу:
Сьогоднішній побут важко уявити без таких звичних для нас речей, як автомобілі, мобільні телефони, ноутбуки, газові плити, пральні машини, аудіо-системи та інших. Для виготовлення цих предметів залучають різноманітні галузі промисловості (металургійну, хімічну, радіоелектронну, електротехнічну та інші). Важливою ланкою є порошкова металургія, методами якої виготовляються складові частини для вказаних вище предметів.

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу. Щоб завантажити документ, прогорніть сторінку до кінця

Перегляд
матеріалу
Отримати код Поділитися

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ  ТЕХНІЧНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ  УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО»

Інженерно-фізичний факультет

Кафедра Високотемпературних матеріалів та порошкової металургії

рЕФЕРАТ

з дисципліни

«Матеріали спеціального призначення 3 - Магнітні та електротехнічні порошкові матеріали»

на тему:

«Виготовлення постійних магнітів з високою намагніченістю»

Виконав: студент ХХ курсу,

групи ХХХХ,

ПІБ

Перевірив: ПІБ

Захищено з оцінкою: ___________________

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………..…..3

1 Технологічний розділ……………………………………………………….4

2 Опис операцій технологічного процесу……………………………………7

3 Розрахунок і складання балансу матеріалів………………………………..9

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………….............13

ВСТУП

Сьогоднішній побут важко уявити без таких звичних для нас речей, як автомобілі, мобільні телефони, ноутбуки, газові плити, пральні машини, аудіо-системи та інших. Для виготовлення цих предметів залучають різноманітні галузі промисловості (металургійну, хімічну, радіоелектронну, електротехнічну та інші). Важливою ланкою є порошкова металургія, методами якої виготовляються складові частини для вказаних вище предметів.

Порошкова металургія дозволяє отримувати матеріали та вироби з них, які недоцільно або неможливо виготовити іншими методами. В першу чергу це тугоплавкі матеріали, складно-леговані жароміцні сплави, псевдосплави, композиції металів з неметалами, широка гама конструкційних і триботехнічних, інструментальних матеріалів, матеріалів електричного призначення, пористі матеріали та вироби з них. При використанні методів порошкової металургії суттєво зменшується матеріалоємність виробів, збільшується коефіцієнт використання матеріалу, підвищується продуктивність праці, знижуються енерговитрати. Крім того, порошкові матеріали широко використовуються в якості вихідної сировини для нанесення покриттів.

Широкого застосування набули матеріали з магнітними властивостями. Вони використовуються в медицині, побутових цілях, техніці, електронних приладах, генераторах, магнітних сепараторах, динамічних гучномовцях та інших цілях. Методами порошкової металургії отримують магнітом’які і магнітотверді матеріали, ферити, магнітодіелектрики. При цьому різко збільшується коефіцієнт використання матеріалу, а також значно покращуються службові властивості магнітних матеріалів в результаті можливості виготовлення виробів строго заданого хімічного складу, з заданою структурою, з використанням вихідних порошків високої чистоти.

До магнітотвердих матеріалів, які також називаються постійними магнітами, відносяться матеріали, що володіють великими значеннями залишкової індукції і коерцитивної сили.

  1. Загальні відомості

Постійний магніт – це виріб із магнітотвердого матеріалу з високою залишковою магнітною індукцією, який зберігає стан намагніченості протягом тривалого часу.

Існування постійних магнітів зумовлено явищем, яке називається феромагнетизм.

Феромагне́тики — речовини, елементарні структурні складові яких (атоми, іони ядра або колективізовані електрони) мають власні магнітні моменти, спонтанно орієнтовані паралельно один до одного або складнішим чином, внаслідок чого утворюються макрообласті (домени) з відмінним від нуля сумарним магнітним моментом. Такі властивості мають деякі метали (залізо, нікель, кобальт, гадоліній, манган, хром та їхні сплави) з великою магнітною проникністю, що проявляють явище гістерезису; розрізняють м'які феромагнетики з малою коерцитивною силою та тверді феромагнетики з великою коерцитивною силою. Феромагнетики використовуються для виробництва постійних магнітів, осердь електромагнітів та трансформаторів.

Найтиповішою властивістю є нелінійний характер процесу намагнічування.

Феромагнетики сильно втягуються в область сильнішого магнітного поля. Магнітна сприйнятливість феромагнетиків позитивна і значно більше одиниці. При не дуже високих температурах феромагнетики характеризуються спонтанною намагніченістю, яка сильно змінюється під впливом зовнішніх дій.

Властивості феромагнетиків пов'язані з наявністю у їхній структурі груп атомів, які називаються доменами, котрі вже мають узгоджену орієнтацію елементарних магнітних полів [1].

Орієнтація полів доменів, яка відбувається при намагнічуванні (рис 1.1), створює власне поле речовини значно сильніше, ніж у інших магнетиків, у яких відбувається лише часткова орієнтація елементарних полів атомів речовини. Орієнтація полів доменів значною мірою зберігається і після припинення дії

Рисунок 1.1 – Зміна доменної структури під час намагнічування феромагнітного матеріалу.

зовнішнього поля. Така суть залишкового намагнічування. Проте інтенсивний тепловий рух може зруйнувати цю орієнтацію, тому за високої температури феромагнітні речовини втрачають свої магнітні властивості.

Також ферромагнетикам притаманний Ефект Барнета - намагнічування під час обертання навіть у відсутності зовнішнього магнітного поля [2].

Для виготовлення постійного магніту, феромагнетик нагрівають до температури, вищої від температури Кюрі, а потім повільно охолоджують у магнітному полі. При температурі, вищій від температури Кюрі, феромагнетик втрачає свої магнітні властивості й стає парамагнетиком. При охолодженні, нижче від температури Кюрі, він знову набуває магнітних властивостей, при цьому зовнішнє магнітне поле сприяє тому, що магнітні домени, які виникають у ньому, орієнтуються в одному напрямку.

Феромагнітні матеріали намагнічуються в зовнішньому полі також при температурах, менших від температури Кюрі. При припиненні дії поля в них зберігається залишкова намагніченість. Його величина залежить від напруженості прикладеного магнітного поля.

Іноді намагніченість матеріалів небажана, а тому їх необхідно розмагнітити. Цього можна досягти різними способами. Нагрівання магніту до температури, вищої від температури Кюрі, завжди знімає намагнічення. Магніт можна також помістити в змінне магнітне поле, більше від коерцитивної сили матеріалу, а потім поступово зменшувати поле або витягати магніт з нього. Такий процес використовується в промисловості для розмагнічування інструментів, твердих дисків, стирання інформації на магнітних картках тощо.

Частково магніти розмагнічуються також при ударах, оскільки різка механічна дія призводить до розупорядкування доменів.

  1. Групи магнітотвердих матеріалів на основі порошків

Постійних магніти з високою намагніченістю повинні мати високу залишкову магнітну індукцію (Br) та коерцитивну силу (Hc). Необхідні властивості мають спечені вироби із магнітотвердих матеріалів. Тут варто зазначити, що такі магніти можна виготовляти як і з магнітотвердих матеріалів на основі заліза так і на основі феритів. Матеріали першої групи мають вищі значеннями максимальної магнітної енергії ((BH)mах).

Магнітотверді матеріали на основі порошків металів за складом можна розділити на такі групи [3]:

  • магніти з дисперсних порошків залізо-кобальтового сплаву;

  • магніти з порошків сплавів на основі рідкоземельних елементів;

  • магніти зі сплавів, що дисперсно твердіють.

Магніти з дисперсних порошків залізо-кобальтового сплаву. До цієї групи відносяться магніти з дисперсних порошків залізо-кобальтових сплавів із розміром частинок спів-розмірним із розміром доменів. Такі вироби матимуть високу магнітну однорідність, малі температурні коефіцієнти залишкової індукції та незначний розкид параметрів в партії. Їхніми недоліками є мала коерцитивна сила (залізокобальтомолібденовий матеріал HC=20-22,4 кА/м) та магнітна енергія ((BH)mах =7-7,2 кДж/м3).

Магніти з порошків сплавів на основі рідкоземельних елементів. До другої групи відносяться магніти на основі з'єднань типу ReCo5. У цьому випадку як метал, що утворює з'єднання, використовують рідкоземельні елементи Y, La, Се, Рг, Sm або їхні сплави. Володіють високими магнітними властивостями (Br=0,77...0,90 Тл; Hc=64…130 кА/м; (BH)mах=22…29 кДж/м3). Недоліком данних магнітів є висока вартість вихідних порошків.

Магніти зі сплавів, що дисперсно-твердіють. До третьої групи відносяться магніти зі сплавів, найбільш розповсюдженими серед яких є сплави системи Fе-Ni-Аl-Co, що випускаються в різних модифікаціях. До цієї ж групи належать порошкові сплави систем Сu-Ni-Со; Сu-Ni-Fe; Аg-Мn-Аl; Fe-Со-Мо. Вони володіють задовільними магнітними властивостями (Br=0,52...0,75 Тл; Hc=40…52 кА/м; (BH)mах =8…12 кДж/м3 ), їхня вартість є рентабельною, технологія виробництва дозволяє отримувати вироби з різноманітними наперед заданими властивостями без значних витрат на виробництво.

  1. Технологічні схеми виготовлення постійних магнітів типу альніко

При виготовленні постійних магнітів типу альніко принципово можливі три варіанти технологічної схеми [3]:

1) Змішування порошкоподібних складових сплаву у вигляді порошків чистих металів, пресування суміші та спікання виробів.

2) Помел відходів литого сплаву заданого складу з наступним пресуванням та спіканням.

3) Змішування порошків заліза, нікелю, кобальту, міді з порошками лігатури Аl-Ni та Аl-Fe, пресування та спікання.

Змішування порошкоподібних складових сплаву у вигляді порошків чистих металів, пресування суміші та спікання виробів. Недоліком цього варіанту є наявність на частинках порошку алюмінію тонкого шару оксиду алюмінію, котрий перешкоджає нормальному спіканню. Внаслідок низької температури плавлення алюмінію (6600С) та більш високої температури спікання (12000С), яка забезпечує дифузію між всіма компонентами сплаву, алюміній довгий час перебуває в перегрітому стані, що приводить до його окиснення та азотування газами, які є в захисному середовищі при спіканні. Останні процеси (крім утворення немагнітних фаз) викликають втрати алюмінію, порушують хімічний склад, що погано відкликається на магнітних властивостях. Технологічну схему показано на рисунку 3.1.

Помел відходів литого сплаву заданого складу з наступним пресуванням та спіканням. По другому варіанту в якості вихідних матеріалів використовують відходи традиційних методів виробництва магнітів литвом з послідуючою механічною обробкою — ливарні відходи та стружку. В цьому випадку з указаних відходів шляхом плавлення з наступним розпиленням отримують порошок магнітного сплаву, котрий і є вихідною сировиною для отримання магнітів методами порошкової металургії. Отриманий таким шляхом порошок має високу твердість , звідси пресування заготівок з нього методами прямого пресування при кімнатній температурі ускладнено. Більш доцільно

Рисунок 3.1 – Схема одержання магнітів з порошків металів

використовувати гаряче пресування в стальних прес-формах при температурі 1100-12000С в захисному середовищі. Отримані при цьому магнітно-тверді матеріали по властивостях значно програють матеріалам, отриманим третім варіантом. Це обумовлено тим, що в процесі вилучення вихідного порошку розпиленням розплаву, а також при гарячому пресуванні матеріал частково окислюється. У зв'язку з цим другий варіант виготовлення магнітів не знаходить широкого застосування. Схема отримання показана на рисунку 3.2.

Порошки металів отриманих з ливарних

відходів та механічної обробки виробів

(Fe, Al, Ni, Co, Cu)

Дозування

Змішування

Гаряче пресування

Термомагнітна обробка

Спікання

Термомагнітна обробка

Контроль продукції

Готовий виріб

Рисунок 3.2 – Схема виробництва магнітів з відходів виробництва

Змішування порошків заліза, нікелю, кобальту, міді з порошками лігатури Аl-Ni та Аl-Fe, пресування та спікання. Третій варіант дозволяє усунути недоліки першого – окислення та низьку температуру плавлення порошку алюмінію. Це досягається введенням алюмінію у вигляді лігатури. Склад лігатури вибирають з таким розрахунком, щоб температура її плавлення знаходилась в межах 1100-11500С [4]. Таким чином запобігається перегрів алюмінію. Це полегшує процес диспергування розплаву при одержанні порошку лігатури розпиленням і приводить до утворення рідкої фази при спіканні сплавів при температурі 12000С. Присутність рідкої фази, зникаючої в процесі спікання, сприяє активації процесу спікання і, отже, отриманню високощільних виробів. Зазвичай використовують Fe—Аl-лігатуру. Її переваги в більш низькій температурі плавлення у порівнянні з Ni—Al-лігатурою. Схема виробництва зображена на рисунку 3.3.

Fe-Al-лігатура Порошки Fe, Al, Co, Cu

Дозування

Змішування

Пресування

Спікання

Механічна обробка

Термомагнітна обробка

Контроль продукції

Готовий виріб

Рисунок 3.3 – Схема виробництва магнітів з порошків металів та Fe-Al

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

  1. F. Bitter. On inhomogeneities in the magnetization of ferromagnetic materials. Phys. Rev., 38:1903, 1931.

  2. H.J. Williams, R.M. Bozort, and W. Shockley. Magnetic domain patterns on single crystals of silicon iron. Phys. Rev., 75:155, 1949.

  3. Степанчук А. Н., Білик И. И., Бойко П. А. Технология порошковой металургии. – К.: Вища школа, 1989. – 415 с.

  4. Гнесин Г.Г., Дубок В.А., Братерская Г.Н., Ковенский И.И., Левченко Г.В., Минакова Р.В., Падерно Ю.Б., Панасюк О.А., Теодорович О.К., Тульчинский Л.Н. Спеченые материалы для электротезники и электроники. Справочное издание. – М.: Металлургия, 1984. – 344 с.

КИЇВ − 2017

Зверніть увагу, свідоцтва знаходяться в Вашому особистому кабінеті в розділі «Досягнення»