МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СТАБИЛЬНОСТЬ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Магнит считается стабилизированным, если он не меняет своих свойств с течением времени и возвращается к первона­чальному магнитному состоянию после устранения внешней причины, которая вывела его из этого состояния.

Изменение магнитного потока может происходить в резуль­тате изменений магнитных свойств вещества, связанных с фазо­выми превращениями и уменьшением внутренних напряжений (структурное старение), а также от изменения магнитного со­стояния материала под воздействием внешних условий (магнит­ная нестабильность).

Некоторые свойства различных групп материалов для постоянных магнитов

Таблица 19

Остальное железо.

Текстурованныи.

Структурное старение является необратимым в том смысле, что магнитные свойства могут быть восстановлены только в ре­зультате проведения повторной термической обработки.

Свойства, изменившиеся под действием магнитной неста­бильности, могут быть восстановлены повторным намагничива­нием. При этом магнитная нестабильность может иметь как об­ратимый, так и необратимый характер. Если после возвращения внешних условий к исходным магнитные свойства восстанавли­ваются, то имеют место обратимые изменения, а при наличии гистерезиса — необратимые.

Степень структурного старения для разных материалов весьма различна. Магниты из мартенситных сталей всегда не­обходимо подвергать искусственному остариванию, а для маг­нитов из железоникельалюминиевых сплавов в большинстве случаев этого не требуется.

Метод искусственного старения мартенситных сталей заклю­чается в длительном выдерживании магнита при повышенной температуре. Например, магнит выдерживают в кипящей воде, т. е. при 100° С в течение 10—15 ч, что по данным М. Кюри рав­носильно естественному старению в течение 10—15 лет.

Структурную стабильность сплавов с дисперсионным твер­дением можно повысить частичным снятием напряжений по­средством отпуска магнитов при повышенной температуре с по­следующим медленным охлаждением.

Уменьшение магнитной нестабильности идет по пути устра­нения необратимых изменений и последующей оценки оставших­ся обратимых изменений. Основными методами магнитной ста­билизации являются частичное размагничивание магнита и об­работка его температурными циклами.

Идея метода частичного размагничивания заключается в том, что намагниченный магнит подвергают действию перемен­ного магнитного поля с убывающей до нуля амплитудой. В ре­зультате такой обработки дальнейшие изменения свойств магни­та в известном диапазоне изменений внешних условий становят­ся обратимыми.

Для объяснения этого явления рассмотрим, как под действи­ем внешнего магнитного поля будут меняться магнитные свойст­ва системы, характеризующейся рабочей точкой А (рис. 55).

При действии поля АН изменение магнитного состояния произойдет по прямой возврата и будет соответствовать точке С. После устранения поля магнит будет характеризоваться точкой, практически близкой к А, т. е. система будет магнитностабиль - ной в том смысле, как условились выше. Рассмотрим теперь дей­ствие поля —АН. При наличии этого поля рабочей будет точ­ка Е. После устранения поля магнитное состояние, изменяясь по прямой возврата, определится точкой F, т. е. магнитные свой­ства изменятся необратимо. Если теперь на магнит действовать
полем, не превышающим по абсолютной величине АН, то изме­нения магнитных свойств станут обратимыми и магнитное со­стояние будет характеризоваться точкой F.

Такого рода стабилизация вызывает уменьшение магнитной индукции в зазоре ог ВА до BF, т. е. магнит частично размагни­чивается. Количественно степень стабилизации принято оцени­вать уменьшением индукции в процентах от первоначального значения. Обычно размагничивание производят на 10—20%.

Исследования показали, что частичное размагничивание уменьшает необратимые изме­нения не только от влияния внешних магнитных полей, но и от действия температуры, ударов, тряски, вибраций, а также улучшает структурную стабильность.

Обработка температурны­ми циклами, заключающаяся в нагреве до температуры 80— 100° С, выдержке в течение 2— 3 ч и последующем охлажде­нии, обычно применяется в со­четании с частичным размаг­ничиванием (после размагни­чивания). Особенно большие изменения наблюдаются при этом после первого цикла, по­следующие сказываются зна­чительно меньше.

В результате применения методов структурной и магнитной стабилизации удается умень­шить необратимые изменения магнитных свойств до сотых долей процента.

Дальнейшие изменения магнитных свойств стабилизирован­ного магнита в некотором диапазоне изменений внешних условий (температуры, напряженности поля, механических воздействий) обратимы. Эти изменения можно оценить соответ­ствующими коэффициентами, например температурным коэффи­циентом магнитной индукции ав:

(61)

TlB

Ав =

В0М

Где В0 — магнитная индукция при начальной температуре; At — изменение температуры;

Рис. 55. Схематическое изобра­жение действия внешнего маг­нитного поля на постоянный магнит

АВ — изменение индукции, вызванное изменением темпера­туры на At, °С.

Соответствующим образом для оценки влияния внешнего по­ля можно ввести понятие магнитоиндукционного коэффициента.

Температурный коэффициент магнитной индукции зависит, кроме химического состава и структуры материала, от относи­тельных размеров магнита (коэффициента размагничивания), степени предварительного размагничивания, а также (в общем случае) от to и At. Это иллюстрируется рис. 56, на котором изоб­ражена зависимость размагничивающего участка гистерезисной петли от температуры для сплава алкомакс III (железоникель - алюминиевый сплав с кобальтом, медью и ниобием). Из рисунка видно, что в зависимо­сти от величины коэф­фициента размагничи­вания ав может быть положительным, отри­цательным и равным нулю.

Приведенные дан­ные свидетельствуют о том, что для оценки обратимых температур­ных изменений надо знать не только марку сплава, но и коэффи­циент размагничивания и степень предвари­тельного размагничи­вания.

Практически чаще всего наибольший ин­терес представляют температурные зависимости не постоянного магнита, а магнит­ной системы, т. е. магнита с арматурой из магнитномягкого ма­териала. Такие данные могут быть получены только на основа­нии экспериментальных исследований магнитных систем.

Кф 32 !Є О

Рис. 56. Зависимость размагничиваю­щей кривой от температуры для сплава алкомакс III (по данным Клегга)

Стабильность свойств магнитнотвердых материалов из-за трудности определения и неопределенности температурного ко­эффициента не нормируются. Исключение представляют барие­вые магниты, для которых, как показали исследования, ав не зависит от N. Для них ав — отрицательный, приблизительно ра­вен 0,2%/ГС в интервале от — 65 до +200° С. Для металличе­ских магнитнотвердых материалов в области точки (BH)mSLX ориентировочно можно считать, что ав меняется в пределах от —0,01 %/1° С до —0,05%/1° С, т. е. имеет значения приблизитель­но в десять раз меньшие, чем у оксидных магнитов.