CC BY
11
Научная статья
УДК 621.313.84:62-752.4
DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-3-58-66
ОПТИМИЗАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ КОБАЛЬТА КАК СПОСОБ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МАГНИТОВ
Р.А. Валеев1, В.П. Пискорский1, Д.В. Королев1, Р.Б. Моргунов1
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Москва, Россия; admin@viam.ru
Аннотация. Приведены экспериментальные данные об использовании редкоземельных металлов в сочетании c кобальтом в качестве основы постоянных магнитов. Анализ данных и расчеты эксплуатационных свойств таких магнитов показывают, что магниты будут обладать заметно более высокой стабильностью и демонстрировать необычно малые отклонения свойств при вариациях температуры. Предложенные магниты существенно увеличат отношение сигнал/шум при использовании в электродинамических устройствах измерения.
Ключевые слова: постоянные магниты, коэрцитивная сила, остаточная индукция, температурная стабильность, редкоземельные магниты
Для цитирования: Валеев Р.А., Пискорский В.П., Королев Д.В., Моргунов Р.Б. Оптимизация содержания кобальта как способ температурной стабилизации редкоземельных магнитов // Труды ВИАМ. 2023. № 3 (121). Ст. 06. URL: http://www.viam-works.ru. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-3-58-66.
Scientific article
OPTIMIZATION OF THE COBALT CONTENT AS A WAY OF TEMPERATURE STABILIZATION OF RARE EARTH MAGNETS
R.A. Valeev1, V.P. Piskorsky1, D.V. Korolev1, R.B. Morgunov1
federal State Unitary Enterprise «All-Russian Scientific-Research Institute of Aviation Materials» of National Research Center «Kurchatov Institute», Moscow, Russia; admin@viam.ru
Abstract. Experimental data on the use of rare earth metals in combination with cobalt as the basis ofpermanent magnets are presented. Data analysis and calculations of the functionality of such magnets show that such magnets will have noticeably higher stability and will demonstrate unusually small deviations of properties under temperature variations. The proposed magnets will significantly increase the signal-to-noise ratio when removing the signal from the electrodynamical devices.
Keywords: permanent magnets, coercive force, residual induction, temperature stability, rare earth magnets
For citation: Valeev R.A., Piskorsky V.P., Korolev D.V., Morgunov R.B. Optimization of the cobalt content as a way of temperature stabilization of rare earth magnets. Trudy VIAM, 2023, no. 3 (121), paper no. 06. Available at: http://www.viam-works.ru. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-3-58-66.
Введение
Индустрия постоянных магнитов развивается в направлении совершенствования не только магнитных свойств, но и других различных параметров, обеспечивающих практическую применимость этих магнитов, возможность их использования в качестве компонентов электродинамических приборов в конкретных условиях. В частности, особые требования предъявляются к механическим свойствам магнитов, их прочности,
пластичности, способности противостоять механическим нагрузкам. Важную роль при изготовлении магнитов имеет их химический состав, который должен допускать их восстановление (recycling), потому что миллионы тонн дорогих редкоземельных металлов, расходуемых на производство магнитов, должны быть использованы вновь после старения магнитов и потери эксплуатационных свойств [1-3].
При эксплуатации постоянных магнитов на первый план выступает зависимость их свойств от перепадов температуры [4-6]. Например, коэффициенты линейного теплового расширения могут не обеспечивать сохранность магнита при вариациях температуры. Кроме того, даже рекордные магнитные свойства (высокая остаточная намагниченность и коэрцитивная сила) еще не означают, что магнит пригоден для любых условий эксплуатации. Требуется достаточно низкий температурный коэффициент индукции, чтобы при вариациях температуры магнитный момент магнита не изменялся. Достижение этого условия является непростой задачей и часто требуется жертвовать основными техническими характеристиками магнита в пользу его температурной стабильности [7, 8]. От температуры зависят обменные взаимодействия внутри подрешеток и между ними, константы магнитной анизотропии. Даже анизотропия формы, зависящая от температурно-зависимой намагниченности насыщения, зависит от температуры. Все эти параметры магнита могут изменяться разнонаправлено. Если учесть, что реальный фазовый состав магнита не сводится к основной тетрагональной фазе 2-14-1, становится понятна сложность задачи по достижению температурной стабилизации свойств магнита в предварительно заданной рабочей точке.
Все эти требования приводят к тому, что сравнительно простые трехкомпонент-ные магниты NdFeB стремительно вытесняются аналогичными по структуре, но более сложными магнитами, такими как PrDy-FeCo-B. С одной стороны, это расширяет возможности тонкой регулировки обменных взаимодействий и объемной анизотропии сплава путем прецизионного подбора химического состава магнита. С другой стороны, например, изменение концентрации одного из элементов (например, Со) влечет за собой изменение концентраций других элементов в сплаве, причем таким образом, что меняются одновременно все концентрации. Кроме того, расширенный химический состав магнита ведет также к более вариативному фазообразованию, так что появляются фазы, которых не существует в более простых магнитах NdFeB [9-13]. Конкуренция температурных зависимостей намагниченности различных фаз в редкоземельном магните - это еще один фактор неопределенности при конструировании магнита. Таким образом, вариация химического состава магнита не является простым и однозначным методом регулирования его свойств, а требует глубокой всесторонней интерпретации и исследования влияния этих факторов на формирование магнитных свойств.
Цель данной работы - установление диапазонов варьирования концентрации Со в системе PrDy-FeCo-B, которые могли бы привести к понижению температурного коэффициента индукции, к стабилизации магнитных свойств сплава в как можно более широком диапазоне температур около рабочей точки.
Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Климатические испытания» НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ в рамках реализации комплексной научной проблемы 11.1. «Термостабильные магнитотвердые материалы и математические модели расчета их температурных характеристик для навигационных приборов нового поколения» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [14].
Материалы и методы
Слитки для магнитов выплавляли в вакууме с использованием индукционной печи ВИАМ-2002. Расплав состоял из железа АРМКО первого типа (ТС0018789-176-2009), диспрозия марки ДиМ-1 (ГОСТ 23862.13-79), кобальта марки К0 (ГОСТ 123-2008) и
празеодима марки ПрМ-1 (ТУ 48-4-215-72). Бор вводили в расплав в виде лигатуры БеБ. В плавильном тигле создавали рабочий слой из керамики оксида циркония, не подверженной окислению и стабилизированной оксидом иттрия. Магниты изготавливали по порошковой технологии, описанной в работах [15-17]. Дробление слитка проводили в конусной инерционной машине дробления ВКМД 10 в инертной атмосфере. Средний размер частиц сплава составлял 630 мкм. Тонкий помол проводили в центробежной планетарной мельнице в среде хладагента. Далее осуществляли прессование в ручной пресс-форме с приложением магнитного поля 800 кА/м перпендикулярно усилию прессования. Полученный магнит спекали в электровакуумной печи сопротивления при температурах 1100-1140 °С в течение 1 ч. Определение локального химического состава образцов проведено в соответствии с СТО 1-595-17-488-2015 и ГОСТ 22309-2015. С этой целью проведен рентгеноспектральный микроанализ на растровом электронном микроскопе с применением калибровки по сертифицированным эталонам. Диапазон регистрируемых элементов для качественного анализа от Бе (атомный номер Ъ = 4) до и (Ъ = 92), для количественного анализа - от № (Ъ = 11) до И (Ъ = 92). Локальность проводимого анализа 1 мкм2, глубина анализа - 1 мкм. Измерения магнитных характеристик проводили на вибрационном магнитометре в диапазоне напряженности внешнего магнитного поля от -1600 до +1600 кА/м при комнатной температуре. Образцы изготавливали сферической формы, которая создавалась в специальной шлифовальной машине.
Результаты и обсуждение
Атомные доли различных фаз, установленные с помощью РСМА, представлены в табл. 1. Увеличение содержания кобальта в шихте вызывает изменение фазового состава сплава. Когда содержание кобальта становится 0,24 атомн. доли, появляется фаза ЯБ4В, имеющая состав (Рг0,41Ву0,59)(Ре0;54Со0;4б)4В. Кроме того, состав основной тетрагональной магнитной фазы (Рг, Бу)2(Бе, Со)14Б (фаза А) различается в центре зерна и у его границы. У границы, как правило, содержание диспрозия в этой фазе меньше, чем в центре зерна, а содержание кобальта не меняется (табл. 1).
Таблица 1
Результаты рентгеноспектрального микроанализа для основных фаз
в спеченных материалах (. Рг1-хБух)-(Ее1-„Со„)-Б
Состав магнита, атомн. долей Фаза Состав фазы, атомн. долей Я/Б
(РГ0,82Оу0,18)12,1(Ре0,85С00,15)остБ8,1 А Я3РБ7 (Рг0,80Ву0,20)2(Бе0,88Со0,12)14Б (Рг0,94Су0,0б)з(Бе0,81 Со0,19)Б7 Ргз(Бе0,18Со0,82) 0,39 12,11 5,65
(Рг0,5зОу0,47)13,4(Бе0,80Со0,20)остБ8,0 А (ц) А (к) №2 №3 (Рг0,38Ву0,62)2(Бе0,8зСо0,17)14Б (Рг0,б1Ву0,39)2(Бе0,81Со0,19)14Б (Рг0,71Бу0,29)(Бе0,49Со0,51)2 Ргз(Бе0,20Со0,80) (Рг0,58Су0,42)(Ре0,82Со0,18)з 0,41 0,45 1,28 5,11 0,96
(Рг0,550у0,45)12,8(Р'е0,79Со0,21 )остБ 14,9 А №3 №2 (Рг0,50Ву0,50)2(Бе0,81Со0,19)14Б (Рг0,з40у0,бб)(Бе0,8зСо0,15)з (Рг0,88Ву0,12)(Бе0,45Со0,55)2 Ргз(Бе0 17Со0 8з) 0,401 0,698 1,432 5,33
(Рг0,5зОу0,47)12,0(Бе0,77Со0,23)остБ7,9 А №3 ИЛ (Рг0,48Су0,52)2(Бе0,79Со0,21)14Б (Рг0,75Ву0,25)(Бе0,68Со0,32)з (Рг0,700у0,з0)з(Бе0,б4Со0,зб) (Рг0,98Ву0,02)4(Бе0,39Со0,61 )з 0,397 0,663 5,09 3,57
(Рг0,65-^у0,35)13,1(Бе0,76С°0,24)остБ8,0 А (ц) А (к) №2б2 Я^Бб (Рг0,520у0,48)2(Бе0,78Со0,22)14Б (Рг0,570у0,4з)2(Ре0,78Со0,22)мБ (Рг0,900у0,10)(Бе0,4зСо0,57)2Б2 Рг5(Ре0.09Со0.91)2Б6 0,40 0,41 1,32 6,17
Окончание таблицы 1
Состав магнита, атомн. долей Фаза Состав фазы, атомн. долей Й/Б
(РГ0,53Бу0,47)13,2(Ре0,76Со0,24)остВ10,5 А (ц) А (к) №4В №2 Й5Е2В6 (РГо,45Буо,55)2(Еео,78Соо,22)14В (РГо,470уо,53)2(Рео,78Соо,22)14В (РГо,41Буо,59)(Еео,54Соо,46)4В (РГо,740уо,26)(Рео,44Соо,56)2 (Рго,99Буо,о1)5 ^0,12^0,88^6 0,40 0,42 0,71 1,70 5,6
(РГ0,42Бу0,58)13,2(Ре0,76Со0,24)остВ7,9 А (ц) А (к) №2В2 Й5Е2В6 (РГо,31Буо,69)2(Рео,79Соо,21)14В (РГо,350уо,65)2(Рео,79Соо,21)14В (РГо,73Буо,27)(Еео,48Соо,52)2В2 (РГо,99 Буо,о1)5(Еео,17Соо,83)2В6 о,42 0,43 1,31 5,3
(РГ0,27Бу0,73)14,4(Ее0,74Со0,26)остВ6,9 А №2 Й3Е ЙР3В2 (РГо,430уо,57)2(Рео,79Соо,21)14В (РГо,8оОуо,2о)(Рео,46Соо,54)2 (РГо,760уо,24)3(Рео,46Соо,54) (РГо,480уо,52)3(Рео,79Соо,21) РГ3(Бео,29Соо,71) (РГо,45Буо,55)(Еео,78Соо,22)3В2 0,380 1,18 16,08 9,76 4,95 0,387
(РГ0,53Бу0,47)13,3(Ре0,73Со0,27)остВ7,9 А (ц) А (к) №4В ЙЕ2В2 Й5Е2В6 (РГо,38Буо,62)2(Еео,77 Соо,23)14В (РГо,4оБуо,6о)2(Еео,76Соо,24)14В (РГо,370уо,63)(Рео,56Соо,44)4В (РГо,79Буо,21)(Еео,45Соо,55)2В2 (РГо,990уо,о1)5(Рео,21 Соо,79)2В6 0,39 о,4о 0,70 1,28 4,64
(РГ0,50Бу0,50)16,8(Ре0,71Со0,29)остВ5,0 А (РГ0,28Бу0,72)2(Ее0,73Со0,27)14В (РГо,350уо,65)(Рео,56Соо,44)3 0,57 0,95
(РГо,530уо,47)13,3(Рео,70Со0,30)ост В7,9 А (ц) А (к) №2 Й5Е2В6 (РГо,43Буо,57)2(Еео,72Соо,28)14В (РГо,48Буо,52)2(Еео,72Соо,28)14В (РГо,46Буо,54)(Еео,53Соо,47)3 (РГо,82Буо,18)(Еео,41 Соо,59)2 (РГо,990уо,01)5(Рео,19Соо,81)2В6 0,40 о,41 0,71 1,36 5,23
(РГо,530уо)47)13,5(Рео,ббСо0,34)остА1о,12В7,9 А (ц) А (к) №2 Й5Е2В6 (РГо,43Буо,57)2(Еео,7оСоо,3о)14В (РГо,53Буо,47)2(Еео,7оСоо,3о)14В (РГо,39Буо,61)(Еео,53Соо,47)3 (РГо,85Буо,15)(Еео,41 Соо,59)2 РГ5(Рео,14Соо,86)2В6 0,41 о,41 0,72 1,35 5,35
(Рг0,52Оу0,48)14,1 (Ее0,62Со0,38)остВ6,8 А (ц) А (к) ЙЕ4В (Й, Б)0 (РГо,44Буо,56)2(Еео,64Соо,36)14В (РГо,51Буо,49)2(Еео,64Соо,36)14В (РГо,42Буо,58)(Еео,47Соо,53)4В (РГо,78Буо,22)(Еео,40 Соо,48Во,12)3 (РГо,6оОуо,33рео,о5Соо,о2)0 0,38 о,39 0,66 1,1о 39,1
(Рг0,52Оу0,48)14,2(Ре0,59Со0,41 )остВ6,7 А (ц) А (к) ЙЕ4В ЙЕ2В2 (Й, Б)0 (РГо,440уо,56)2(Рео,62Соо,38)14В (РГо,5оБуо,5о)2(Еео,62Соо,38)14В (РГо,41Буо,59)(Еео,44Соо,56)4В (РГо,82Буо,18)(Еео,38Соо,62)2В2 (РГо,56Буо,34Еео,о7Соо,о3)0 0,38 о,39 0,65 1,26 23,8
(РГ0,49Оу0,51)14,4(Ре0,56С°0,44)остВ6,5 А (ц) А (к) ЙЕ4В (Й, Б)0 (РГо,42Буо,58)2(Еео,59Соо,41)14В (РГо,43Буо,57)2(Еео,59Соо,41)14В (РГо,37Буо,63)(Еео,41 Соо,59)4В (РГо,650уо,35)(Рео,41 Соо,59)3 (РГо,380уо,56рео,о4Соо,о2)0 0,39 о,38 0,66 о,85
(РГ0,56Оу0,44)14,4(Ре0,50Со0,50)остВ6,4 А (ц) А (к) №3В2 ЙЕ2В2 (Й, Б)0 (РГо,6оБуо,4о)2(Еео,53Соо,47)14В (РГо,48Буо,52)2(Еео,54Соо,46)14В (РГо,45Буо,55)(Еео,34Соо,66)3В2 (РГо,73Буо,27)(Еео,37Соо,63)2В2 (РГо,67Буо,27Соо,о5)0 0,36 о,38 0,65 1,21
Обозначения: А (ц), А (к) - состав основной тетрагональной магнитной фазы R2(Fe, Со)14В в центре зерна и у границы соответственно; Я: Рг + Бу; Б: Ее + Со. й/Б - отношение суммы редкоземельных металлов к содержанию железа и кобальта, в % (по массе).
Фазовый состав сплава при увеличении атомной доли кобальта становится более разнообразным. Кривые размагничивания, полученные при температуре 20 °С, приведены на рис. 1. Основные результаты измерений представлены в табл. 2. Как видно из данных табл. 2, наибольший коэффициент прямоугольности у материала (Рго,б50уо,з5)13,08(Рео;7бСоо,24)остВ8,о. Если сравнить материалы, представленные в табл. 1, то можно видеть, что у этого материала отсутствует фаза КБ4Б. Наименьший фактор прямоугольности (ББ = 0,23) у материала (Рго,53Буо,47)13,2(Рео,7бСоо,24)остБ1о,5, и, как видно из данных табл. 1, именно в этом материале присутствует фаза (Рго,410уо,59)(Рео,54Соо,4б)4Б (фаза 1-4-1).
4п1; В, мТл
а)
-8оо—|
^^^зоо/-
/ * 1 4оо ■ /
I А 2оо ■
. . 1 о
4п1; В, мТл
б)
-8оо^
^^/^ооо -
I 4оо ■
Г
. . 1 о
-2ооо -15оо
-1ооо
-5оо о 5оо Н, кА/м
1ооо 15оо 2ооо -2ооо -15оо -1ооо
-5оо о 5оо Н, кА/м
1ооо 15оо
2ооо
Рис. 1. Кривые размагничивания по намагниченности 4п1 (о) и по индукции В (•) спеченных материалов составов (РГо,5зОуо,47)13,3з(Бео,7бСОо,24)остБ8,95 (а) и (РГо,5оОуо,5о)13д(Бео,7бСОо,24)астБ7,92 (б)
Таблица 2
Состав и условия получения (спекание в течение 1 ч) измеряемых образцов
Номер состава Состав образца, атомн. долей Т ± сш °С P, 3 кг/м На, кА/м НсВ, кА/м Вг, мТл 4П18, мТл Нк, кА/м
1 (Рго,53-^уо,47)13,33(Бео,7бС°о,24)остБ9,о 11оо 7б7о 1б5б бо1 74о 741 444 о,27
2 (Рго,53Оуо,47)13,2б(Бео,7бС0о,24)остБ9,7 11оо 7б7о 1б7б 57б 738 71б 42о о,25
3 (Рго,53-^уо,47)13,2(Бео,7бС°о,24)остБ1о,5 11оо 7б8о 1717 5о2 б95 б9о 395 о,23
4 (Рго,53^уо,47)13,37(Бео,8оСоо,2о)остБ8,о 114о 7б8о 1543 б4о 754 791 433 о,28
5 (Рго,53Оуо,47)13,28(Бео,77С0о,23)остБ7,9 112о 772о 1497 597 755 7б3 44о о,29
б (Рго,б5^уо,35)13,о8(Бео,7бСоо,24)остБ8,о 113о 7б8о 1115 боб 788 822 45б о,41
7 (Рго,боОуо,4о)13,17(Бео,7бС0о,24)остБ7,9 113о 77бо 1319 б15 787 799 4б8 о,25
8 (Рго,55-^уо,45)13,12(Бео,7бСоо,24)остБ7,9 113о 7б9о 15б1 б42 7б9 7б1 43б о,28
9 (Рго,5о^уо,5о)13,1 (Бео,7бСоо,24)остБ7,9 113о 78оо 171б 597 73б 715 445 о,2б
Обозначения: Тсп - температура спекания; Нс1 - коэрцитивная сила по намагниченности; НсВ - коэрцитивная сила
по индукции; SF = Нк/Нс/ - коэффициент прямоугольности; Нк - поле, при котором намагниченность составляет 9о % от Вг (поле «колена»); 4ж13 - намагниченность насыщения при комнатной температуре; Вг - остаточная ин-
дукция, р - плотность после спекания.
В работе [18] показано, что с увеличением содержания кобальта петля гистерезиса становится более пологой, однако объяснений этому не предложено. По-видимому, фаза КБ4Б ответственна за уменьшение прямоугольности кривой размагничивания. Соединения 1-4-1 имеют, как правило, анизотропию «легкая плоскость» [19, 20], что, по-видимому, является причиной уменьшения прямоугольности кривой размагничивания. Кроме того, эти соединения имеют так называемую точку компенсации (в этой точке намагниченность равна нулю) в области температуры 300 К, что также ухудшает прямоугольность кривой размагничивания [21]. Из данных табл. 1 видно, что в материалах присутствует также соединение Я5Б2Бб, но оно, по-видимому, является парамагнитным и поэтому на прямоугольность петли не влияет [22]. Данное соединение имеет ромбоэдрическую
элементарную ячейку и пространственную группу Я3ш. Это соединение существует для всех Я как с кобальтом, так и с железом [22]. Как видно из данных табл. 2, с увеличением содержания бора (строки 1-3) величина коэрцитивной силы Нс/ увеличивается, а значения НсВ, Вг и Нк уменьшаются. Уменьшается также прямоугольность кривой размагничивания. Температурные зависимости намагниченности образцов представлены на рис. 2.
4п/, Тл 1,07
1,03
0,97
0,91
4п/, Тл 0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 °С
Рис. 2. Температурные зависимости намагниченности (/), измеренные в нулевом магнитном поле, для спеченных материалов составов:
1 - (РГ0,5зБу0,47) 13,33(Ре0,76С°0,24)остВ9,0; 2 - (Рг0,5зОу0,47)13,37(Ре0,80С°0,20)остВ8,0; 3 - (РГ0,5зБу0,47) 13,28(Ре0,77Со0,23)остВ7,9; 4 - (Рг0,650у0,35)13,08(Ре0,76С°0,24)остВ8,0; 5 - (Рг0,60^у0,40)13,17(Ре0,76С°0,24)остВ7,5; 6 - (Рг0,550у0,45)13,12(Ре0,76С°0,24)остВ7,9; 7 - (РГ0,500у0,50) 13,1 (Ре0,76С°0,24)остВ7,9
Величины температурного коэффициента индукции в областях температур +80^-50 и +150^-50 °С представлены в табл. 3.
Таблица 3
Величина температурного коэффициента индукции (ТКИ) спеченных магнитов_
Номер состава Состав материала, атомн. долей Значения ТКИ (%/°С) в диапазоне температур, °С
+150--50 +80--50
1 (Рг0,5зОу0,47)13,зз(Ре0,7бС°0,24)остВ9,0 -0,0232 -0,0103
2 (Рг0,5зОу0,47)13,37(Ре0,80С°0,20)остВ8,0 -0,0295 -0,0153
3 (Рг0,5зОу0,47)13,28(Ре0,77С°0,23)остВ7,9 -0,0247 -0,0115
4 СРг0,65-^у0,35)13,08(Бе0,76С°0,24)остВ8,0 -0,0343 -0,0221
5 (Рг0,60^у0,40)13,17(Бе0,76С°0,24)остВ7,9 -0,0299 -0,0175
6 СРг0,55-^у0,45)13,12(Бе0,76С°0,24)остВ7,9 -0,0252 -0,0124
7 (Рг0,500у0,50)13,1(Бе0,76С°0,24)остВ7,9 -0,0200 -0,0069
Как видно из данных табл. 1, с увеличением содержания бора (без изменения остальных составляющих материала) появляется фаза КТфВ, имеющая анизотропию «легкая плоскость». Наибольшую величину прямоугольности (ББ = 0,41) кривой размагничивания (табл. 2) имеет образец (Рг0,65Ву0,35)13,08(Бе0,76Со0,24)остВ8,0 (строка 6), который отличается от образца (Рг0,53Ву0 47)13,33(Бе0,76Со0,24)остВ9,0 (строка 1, ББ = 0,27) только меньшим содержанием диспрозия. Остальные характеристики этих образцов за исключением величины Нс/ практически совпадают. Маловероятно, что это связано с температурой спекания, тем более, что их плотности идентичны. По-видимому, этот вопрос требует дальнейшего исследования. Если сравнить данные, представленные на рис. 2 и в табл. 3, то можно сделать вывод, что величина температурного коэффициента индукции недостаточна для характеристики материала. Действительно, как можно
охарактеризовать этой величиной кривую 2 (рис. 2), если эта кривая демонстрирует явный максимум в области температуры -20 °С. Температурный коэффициент индукции однозначно характеризует только материалы с высокой температурой Кюри - например, на основе редкоземельных металлов RE(Co, Fe, Cu, Zr)Z либо магниты системы ЮНДК (AlNiCo) или ХК (CrCo) [23]. У этих материалов температурная зависимость намагниченности в области температур от +150 до -50 °С изменяется практически по линейному закону [23]. Однако эти материалы непригодны для изготовления кольцевых магнитов с радиальной текстурой.
Заключения
Увеличение концентрации кобальта в сочетании с вариацией содержания диспрозия, имеющего большее значение поля анизотропии по сравнению с празеодимом, позволяет решить сразу две проблемы получения стабильных магнитов для электродинамических приборов:
- уменьшить температурный коэффициент индукции до значений, позволяющих электродинамическим приборам, в составе которых имеется постоянный магнит, функционировать на любых широтах в разных климатических условиях;
- увеличить значение остаточной намагниченности и, соответственно, улучшить отношение сигнал/шум при записи сигнала индукционных катушек.
Предложенная в данной статье группа материалов пригодна для изготовления температуростабильных постоянных магнитов с широким температурным диапазоном эксплуатации вблизи комнатной температуры.
Список источников
1. Малютин Д.М. Система стабилизации полезной нагрузки на динамически настраиваемом гироскопе // Приборы и методы измерений. 2016. № 7. С. 32-34.
2. Чиркин Д.С., Рословец П.В., Татаринов Ф.В., Новиков Л.З. Уменьшение дрейфа динамически настраиваемого гироскопа от запуска к запуску // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. Вып. 1. С. 1-14. DOI: 10.18698/2308-6033-2017-01-1579.
3. Делейлэ Ф. Бортовая инерциальная система координат для европейской ракеты носителя «АРИАН-6» на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. № 4. С. 3-13. DOI: 10.17285/0869-7035.2018.26.4.003-013.
4. Подпорин С.А., Велиев Э.Б. Системы курсоуказания современных шельфовых судов обеспечения // Вестник Севастопольского НТУ. Сер.: Механика, энергетика, экология. 2014. Вып. 153. С. 99-106.
5. Топильская С.В., Бородулин Д.С., Корнюхин А.В. Экспериментальная оценка допустимых механических воздействий на динамически настраиваемый гироскоп // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Приборостроение. 2018. № 4. С. 69-79. DOI: 10.18698/0236-3933-20184-69-79.
6. Моргунов Р.Б., Пискорский В.П., Валеев Р.А., Королев Д.В. Температурная стабильность редкоземельных магнитов, поддерживаемая с помощью магнитокалорического эффекта // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 1 (54). С. 88-94. DOI: 10.18577/2071-9140-2019-0-1-88-94.
7. Marinescu M., McGinnis K., Liu J.F., Walmer M.H. High (BH)max permanent magnets with near-zero reversible temperature coefficient of BR // Proceedings of 20th International Workshop on Rare Earth Permanent Magnets and Their Applications (September 8-10, 2008). 2008. P. 1-6.
8. Li A., Li W., Wang H. et al. The study on thermal expansion of sintered Sm2Coi7 magnets // IEEE Transactions Magnetics. 2009. Vol. 45. No. 10. P. 4402-4404.
9. Tian J., Qu X., Zhang S. et al. Magnetic properties and microstructure of radially oriented Sm(Co, Fe, Cu, Zr) ring magnets // Material Letters. 2007. Vol. 61. P. 5271-5274.
10. Tian J., Pan D., Zhou H. et al. Radial cracks and fracture mechanism of radially oriented ring 2:17 type SmCo magnets // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 476. P. 98-101.
11. Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 2. С. 3-10. DOI: 10.17285/0869-7035.0028.
12. Сирая Т.Н. Статистическая интерпретация вариаций Аллана как характеристики измерительных и навигационных устройств // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 1. С. 3-18.
13. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Измерение и прогнозирование температуры образцов материалов при экспонировании в различных климатических зонах // Авиационные материалы и технологии. 2020. № 4 (61). С. 47-58. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-4-47-58.
14. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
15. Пискорский В.П., Валеев Р.А., Королев Д.В., Моргунов Р.Б., Резчикова И.И. Влияние легирования тербием и гадолинием на термостабильность и магнитные свойства спеченных материалов Pr-Tb-Gd-Fe-Co-B // Труды ВИАМ. 2019. № 7 (79). Ст. 07. URL: http://viam-works.ru (дата обращения: 12.08.2022). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-7-59-66.
16. Королев Д.В., Пискорский В.П., Валеев Р.А., Бакрадзе М.М., Дворецкая Е.В., Коплак О.В., Моргунов Р.Б. Инженерия редкоземельных микромагнитов RE-TM-B (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2021. № 1 (62). Ст. 05. URL: http://www.journal.viam.ru (дата обращения: 12.08.2022). DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-1-44-60.
17. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Пискорский В.П., Резчикова И.И., Валеев Р.А., Давыдова Е.А. Фазовый состав спеченных материалов системы Pr-Dy-Fe-Co-B // Авиационные материалы и технологии. 2015. № S2 (39). C. 5-10. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-S2-5-10.
18. Perigo E.A., Takiishi H., Motta C.C., Faria R.N. On the squareness factor behavior of RE-FeB (RE = Nd or Pr) magnetic above room temperature // IEEE Transactions on Magnetics. 2009. Vol. 45. No. 10. P. 4431-4434.
19. Chuang Y.C., Wu C.H., Chang T.D. et al. Structure and magnetic properties of cobalt-rich Pr-Co-B alloys // Journal of the Less-Common Metals. 1985. Vol. 144. P. 249-256.
20. Ido H., Wallace W.E., Suzuki T. et al. Magnetic and crystallographic properties of NdCo4M (M = B, Al and Ga) // Journal of Applied Physics. 1990. Vol. 67. No. 9. P. 4635-4637.
21. Pedziwiatr A.T., Jiang S.Y., Wallace W.E. et al. Magnetic properties of RCo4B compounds where R = Y, Pr, Nd, Gd and Er // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1987. Vol. 66. P. 69-73.
22. Dub O.M., Chaban N.F., Kuzma Y.B. New borides of Pr5_xCo2+xB6 - type structure containing iron and cobalt // Journal of the Less-Common Metals. 1986. Vol. 117. P. 297-302.
23. Сергеев В.В., Булыгина Т.И. Магнитотвердые материалы. М.: Энергия, 1980. 224 с.
Reference
1. Malyutin D.M. Payload Stabilization System on a Dynamically Adjustable Gyro. Pribory i metody izmereniy, 2016, no. 7, pp. 32-34.
2. Chirkin D.S., Roslovets P.V., Tatarinov F.V., Novikov L.Z. Reducing the drift of a dynamically tuned gyroscope from run to run. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii, 2017, is. 1, pp. 1-14. DOI: 10.18698/2308-6033-2017-01-1579.
3. Deleile F. Onboard inertial coordinate system for the European launch vehicle "ARIAN-6" based on a wave solid-state gyroscope. Pribory i metody izmereniy, 2018, vol. 26, no. 4, pp. 3-13. DOI: 10.17285/0869-7035.2018.26.4.003-013.
4. Podporin S.A., Veliev E.B. Heading guidance systems for modern offshore support vessels. Bulletin of the Sevastopol NTU. Series: Mechanics, energy, ecology, 2014, is. 153, pp. 99-106.
5. Topilskaya S.V., Borodulin D.S., Kornyukhin A.V. Experimental evaluation of allowable mechanical impacts on a dynamically adjustable gyroscope. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser.: Priborostroyenie, 2018, no. 4, pp. 69-79. DOI: 10.18698/0236-3933-2018-4-69-79.
6. Morgunov R.B., Piskorskiy V.P., Valeev R.A., Korolev D.V. The thermal stability of rare-earth magnets supported by means of the magnetocaloric effect. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2019, no. 1 (54), pp. 88-94. DOI: 10.18577/2071-9140-2019-0-1-88-94.
7. Marinescu M., McGinnis K., Liu J.F., Walmer M.H. High (BH)max permanent magnets with near-zero reversible temperature coefficient of BR. Proceedings of 20th International Workshop on Rare Earth Permanent Magnets and Their Applications. 2008, pp. 1-6.
8. Li A., Li W., Wang H. et al. The study on thermal expansion of sintered Sm2Coi7 magnets. IEEE Transactions Magnetics, 2009, vol. 45, no. 10, pp. 4402-4404.
9. Tian J., Qu X., Zhang S. et al. Magnetic properties and microstructure of radially oriented Sm(Co, Fe, Cu, Zr) ring magnets. Material Letters, 2007, vol. 61, pp. 5271-5274.
10. Tian J., Pan D., Zhou H. et al. Radial cracks and fracture mechanism of radially oriented ring 2:17 type SmCo magnets. Journal of Alloys and Compounds, 2009, vol. 476, pp. 98-101.
11. Peshekhonov V.G. Prospects for the development of gyroscopy. Giroskopiya i navigatsiya, 2020, vol. 28, no. 2, pp. 3-10. DOI: 10.17285/0869-7035.0028.
12. Siraya T.N. Statistical interpretation of Allan variations as characteristics of measuring and navigation devices. Giroskopiya i navigatsiya, 2020, vol. 28, no. 1, pp. 3-18.
13. Kablov E.N., Startsev V.O. Measurement and forecasting of materials samples' temperature during weathering in different climatic zones. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2020, no. 4 (61), pp. 47-58. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-4-47-58.
14. Kablov E.N. Innovative developments of FSUE «VIAM» SSC of RF on realization of «Strategic directions of the development of materials and technologies of their processing for the period until 2030». Aviacionnye materialy i tehnologii, 2015, no. 1 (34), pp. 3-33. DOI: 10.18577/2071-91402015-0-1-3-33.
15. Piskorsky V.P., Valeev R.A., Korolev D.V., Morgunov R.B., Rezchikova I.I. Terbium and gadolinium dopin g influence on thermal stability and magnetic properties of sintered magnets Pr-Tb-Gd-Fe-Co-B. Trudy VIAM, 2019, no. 7 (79), paper no. 07. Available at: http://www.viam-works.ru (accessed: August 12, 2022). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-7-59-66.
16. Korolev D.V., Piskorskii V.P., Valeev R.A., Bakradze M.M., Dvoretskaya E.V., Koplak O.V., Morgunov R.B. Rare-earth RE-TM-B micromag-nets engineering (review). Aviation materials and technology, 2021, no. 1 (62), paper no. 05. Available at: http://www.journal.viam.ru (accessed: August 12, 2022). DOI: 10.18577/2713-0193-2021-0-1-44-60.
17. Kablov E.N., Ospennikova O.G., Piskorskij V.P., Rezchikova I.I., Valeev R.A., Davydova E.A. Phase composition of the Pr-Dy-Fe-Co-B sintered materials. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2015, no. S2 (39), pp. 5-10. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-S2-5-10.
18. Perigo E.A., Takiishi H., Motta C.C., Faria R.N. On the squareness factor behavior of RE-FeB (RE = Nd or Pr) magnetic above room temperature. IEEE Transactions on Magnetics, 2009, vol. 45, no. 10, pp. 4431-4434.
19. Chuang Y.C., Wu C.H., Chang T.D. et al. Structure and magnetic properties of cobalt-rich Pr-Co-B alloys. Journal of the Less-Common Metals, 1985, vol. 144, pp. 249-256.
20. Ido H., Wallace W.E., Suzuki T. et al. Magnetic and crystallographic properties of NdCo4M (M = B, Al and Ga). Journal of Applied Physics, 1990, vol. 67, no. 9, pp. 4635-4637.
21. Pedziwiatr A.T., Jiang S.Y., Wallace W.E. et al. Magnetic properties of RCo4B compounds where R = Y, Pr, Nd, Gd and Er. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1987, vol. 66, pp. 69-73.
22. Dub O.M., Chaban N.F., Kuzma Y.B. New borides of Pr5_xCo2+xB6 - type structure containing iron and cobalt. Journal of the Less-Common Metals, 1986, vol. 117, pp. 297-302.
23. Sergeev V.V., Bulygina T.I. Hard magnetic materials. Moscow: Energy, 1980, 224 p.
Информация об авторах
Валеев Руслан Анверович, начальник лаборатории, к.т.н., НИЦ «Курчатовский институт» -ВИАМ, admin@viam.ru
Пискорский Вадим Петрович, заместитель начальника лаборатории по науке, д.т.н., НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, admin@viam.ru
Королев Дмитрий Викторович, старший научный сотрудник, д.ф.-м.н., НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, admin@viam.ru Моргунов Роман Борисович, ведущий научный сотрудник, д.ф.-м.н., НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ, admin@viam.ru
Information about the authors
Ruslan A. Valeev, Head of Laboratory, Candidate of Sciences (Tech.), NRC «Kurchatov Institute» -VIAM, admin@viam.ru
Vadim P. Piskorsky, Deputy Head of Laboratory of Science, Doctor of Sciences (Tech.), NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, admin@viam.ru
Dmitry V. Korolev, Senior Researcher, Doctor of Sciences (Phys. & Math.), NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, admin@viam.ru Roman B. Morgunov, Leading Researcher, Doctor of Sciences (Phys. & Math.), NRC «Kurchatov Institute» - VIAM, admin@viam.ru
Статья поступила в редакцию 05.12.2022; одобрена и принята к публикации после рецензирования 16.12.2022.
The article was submitted 05.12.2022; approved and accepted for publication after reviewing 16.12.2022.
