Разделы сайта

Читаемое

Обновления Sep-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 [ 88 ] 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

Сплав

Марка

Br, Тл (кГс)

fN, kA/m (кЭ)

bB, kA/m (кЭ)

кДж/м (МГс Э)

ТКИ,

%/°с

(20.. 100 °П

На основе Nd-Fe-B

Vacodim 335 HR Vacodim 510 HR Vacodim 362 HR Vacodim 370 HR Vacodim 383 HR Vacodim 396 HR Vacodim 400 HR

1,30 (13,0) 1,41 (14,1) 1,33 (]3,3) 1,23 (12,3) 1,28 (12,8) 1,22 (12,2) 1,16 (11,6)

1120 (J4) 1030 (13) 1360 (15) 1760 (21) 1670 (21) 2070 (26) 2470 (31)

980 (12,3) 980 (12,3) lOlO (12,7) 930 (11,7) 980 (12,3) 930 (11,7) 880 (11,1)

320 (40) 385 (48) 340 (43) 285 (36) 320 (40) 285 (36) 255 (32)

-0,11 -0,11 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10

SmjCoj

Vacomax 240 HR Vacomax 225 HR

1,12 (11,2) 1,10 (11,0)

800 (10) 2070 (26)

730 (9,2) 820 (10,3)

240 (30) 225 (28)

-0,030 -0,030

SmCo5

Vacomax 200 HR Vacomax 170 HR Vacomax 145 HR

1,01 (10,1) 0,95 (9,5) 0,90 (9,0)

1500 (19) 1800 (22,5) 2400 (30)

755 (9,5) 720 (9,0) 660 (8,3)

200 (25) 180 (23) 160 (20)

-0,040 -0,040 -0,040

В рамках раздела Магнитные и сверхпроводящие материалы в проекте, выполняемом в Московском государственном институте стали и сплавов по теме: Закономерности структурообразования и формирования свойств постоянных магнитов на основе систем Nd-Fe-В, Fe-Co-Cr и SrO-Ре20з (руководители - проф., к.т.н. Б.А.Самарин, с. н. с, к. ф.-м. н. В.П. Менушенков), исследованы особенности технологии производства постоянных магнитов из сплавов системы Nd-Fe-B. Результаты исследований вошли в материалы, оформленные в виде изобретения.

8. МАГНИТНЫЕ И СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Быстрозакаленные сплавы на основе соединения Nd2Fe4b

Введение бора - элемента, способствующего аморфизации сплавов, привело к новому технологическому решению: получать мелкокристаллическую структуру материала посредством аморфизации и кристаллизационного отжига. Охлаждение расплава на водоохлаждаемом барабане позволяло достичь скорости охлаждения до 10 К/с и получить сплав в аморфном состоянии. Схема установки для получения быстрозакален-ного материала представлена на рис. 8.4, Дальнейшее использование получаемого полупродукта может осуществляться по двум технологическим схемам.

Первая схема использования полупродукта быстрозакаленного материала. Полученные ленточки или чешуйки дополнительно измельчают под прессом, затем в результате нагрева проводят кристаллизацию аморфной фазы, добиваясь нанокристаллического размера кристаллитов. В результате возникновения микрокристаллической структуры коэрцитивная сила такого порошка возрастает практически с нулевого значения до 12...16кЭ (960...1280 кА/м), Но поскольку частицы порошка после измельчения относительно крупные - до десятков микрометров, такие частицы после кристаллизации являются поликристаллическими и их невозможно текстуровать в магнитном поле. Такой порошок используют для изготовления так называемых магнитопластов. Порошок пропитывают связующим веществом и после затвердевания получают изотропные по магнитным свойствам постоянные магниты. В качестве связующего вещества применяют цинк, эпоксидные смолы, резину. Преимуществами такой технологии являются: относительная экономичность (отсутствие таких технологически сложных операций, как текстурование в магнитном поле, гидростатическое уплотнение, спекание и сложная термическая обработка), возможность получения магнитов любой конфигурации и, наконец, возможность получения при завершающем намагничивании многополюсной системы. Последнее очень важно для производства различного вида электромеханических устройств. В настоящее время разработаны намагничивающие устройства, позволяющие получить до 64 полюсов на магнитах кольцевой формы. Схемы намагничивания изделий различной формы представлены на рис. 8.5.

Описанная технология получения магнитотвердых порошков и магнитопластов на их основе получила в недавнее время весьма специфическое расширение. С целью повышения намагниченности насыщения и, как следствие, остаточной индукции, при быстрой закалке из жидко-

раде предприятий серийный выпуск магнитов этой системы. Магнитные свойства выпускаемых магнитов регламентируются техническими условиями отраслей или предприятий.

На сплавах этой системы получены рекордные для настоящего времени значения максимальной магнитной энергии - более 400 кДж/мЗ (50МГс Э). В табл. 8.7 приведены свойства всех типов магнитов на основе соединений РЗМ фирмы Vacuumschmelze (ФРГ), наиболее представительной из производителей данных магнитов.

Таблица 8.7. Свойства магнитов на основе соединений РЗМ




Рис. 8.4. Схема установки для получения быстрозакаленных сплавов методом спиннингования по одно-валковой схеме:

/ - камера, заполненная аргоном; 2 - тигель с расплавленным металлом; 3 - индуктор; 4 - закалочный валок; 5 - система создания в тигле избыточного давления


Рис. 8.5. Схемы намагничивания изделий: аксиальное (а), радиальное (б), диаметральное (в), диаметральное или радиальное (г). Фас (/), профиль ( )

Nd2Fe4B. Другая гипотеза основана на предгюложении, что когерентно связанные нанокристаллические частицы соединения Nd2Fe(4B и железа взаимодействуют на уровне электронной структуры с возникновением на границе общего обменного взаимодействия, которое приводит к затруднению перемагничивания частиц железа.

В проекте Структура и свойства магнитных материалов из сплавов Nd-Fe-B с магнитной энергией до 50 МГц Э раздела Магнитные и сверхпроводящие материалы , выполняемом в Московском авиационном институте (руководители - с.н.с, к. ф.-м. н. Е. В. Миляева, проф., д.т.н. Ю.Д.Ягодкин), разработана методика определения размера кристаллитов и исследованы структурные характеристики, а также магнитные свойства порошков нанокристаллических сплавов Nd-Fe-B в зависимости от технологических факторов с целью дальнейшего совершенствования технологического процесса изготовления сплавов для постоянных магнитов. С помощью разработанных методик фазового анализа, определения размера кристаллитов и среднеквадратичной микродеформации исследованы нанокристаллические сплавы на основе соединения Nd2Fe4B, изготовленные различными способами и по различным режимам. Определено структурное состояние, которое обеспечивает наивысшие магнитные свойства порошков. Полученные результаты являются базой для создания промыишенных методов контроля структурного состояния сплавов Nd~Fe-B для постоянных магнитов и разработки технологических рекомендаций по их совершенствованию.

Вторая схема использования полупродукта быстрозако/генного материала. Полученный аморфный полупродукт подвергают горячей пластической деформации, в результате которой происходит не только кристаллизация мельшх частиц, но и возникает кристаллическая текстура в заготовке. Направление кристаллографических осей текстуры напрямую связано с видом пластической деформации. Например, при горячей прокатке по такой технологии получены магниты с (ВН) = 400 кДж/м-, В = 1,36 Тл, дЯ= 1000 кА/м. Эта технология позволяет, используя экст-рудирование через кольцевую щель, получать магниты с радиальной текстурой и высокими свойствами вдоль радиуса кольцевого магнита: ВН)гп&\ = 29,8 МГс Э при 5= 11,2 Тл и gH = 10,5 кЭ. Получение кристаллической текстуры в радиальном направлении - трудно управляемый процесс, и фактически предложенное решение является единственным для получения таких магнитов. На рис. 8.6 представлена схема горячей экструзии, позволяющая получить магниты с острой радиальной текстурой, обеспечивающей высокие магнитные характеристики.

го состояния использован сплав, обогащенный за счет неодима железом. Согласно диаграмме состояния, полному затвердеванию сплавов этого состава предшествует перитектическая реакция с участием железа поэтому в результате быстрого охлаждения или последующей кристаллизации из аморфного состояния получается смесь нанокристаллических частиц соединения Nd2Fe,4B и железа. Удивительным является тот факт, что при наличии изотропной поликристаллической структуры у полученного порошка и у магнитов из него отнощение остаточной намагниченности к намагниченности насыщения больше 0,5, что не должно быть у одноосного ферромагнетика. В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих эту аномалию. Одна из них предполагает, что происходит подмагничивание частиц магнитомягкого железа как миниатюрными магнитиками частицами магнитотвердого соединения



Принципиально новое решение по получению и использованию быстрозакаленного полупродукта предложено в результате работы по проекту Разработка технологии изготовления суперэнергоемких магнитотвердых материалов из страйпированных сплавов системы РЗМ-З-ме-талл-бор (руководитель - проф., д. ф.-м. н. Н. В. Кудреватых), осуществляемому в НИИ физики и прикладной математики при Уральском государственном университете в рамках подпрограммы Новые материалы . Цель проекта - создание технологии изготовления магнитотвердых материалов на основе сплава Nd-Ре-В с использованием операции страйпирования. Создана установка для получения быстрозакаленных редкоземельных сплавов по методу спиннингования, позволившая увеличить выход закаливаемого материала за одну операцию до 200 г. Установка отличается тем, что жидкий расплав вьшивается (инжектируется) не на внешнюю (как у аналогов), а на внутреннюю поверхность закалочного барабана, и затвердевший сплав получается в виде тонкой полосы (страйпирование сплава).

Установлено, что низконеодимовые страйпированные сплавы даже при относительно низких скоростях закалки содержат существенно меньшее количество фазы a-Fe по сравнению с исходным сплавом и практически одинаковое количество примесных элементов (О ~ 0,01...0,02 %; С ~ 0,02...0,04 %; N ~ 0,007...0,01 %). Последнее указывает на факт высокой чистоты разработанной процедуры страйпирования.

Проведена апробация страйпированных сплавов в стандартном технологическом процессе изготовления металлокерамических магнитов. Полученные результаты указывают на перспективность применения метода страйпирования при решении задачи реализации суперэнергоемкости в таких материалах ((5Я)щах ~ 0 МГс Э), поскольку впервые удалось

достигнуть значений 13 кГс и jH>7 кЭ для магнитов из сплава, у которого в исходном состоянии fH не достигала более 3 кЭ. Дальнейшие усилия по повышению энергоемкости магнитов из страйпированных сплавов были

Рис. 8.6. Вид в разрезе приспособления для экструдиро-вания:

1 - наружная полость; 2 - внутренняя полость; 3 -промежуточная среда для создания радиального давления; 4 - пресс-форма (штамп); 5 - наружная металлическая форма; 6 - фиксированный сердечник; 7 - заготовка; 8 - контейнер; 9 - нагреватель


сосредоточены на способах повышения степени кристаллической текстуры. Установлено, что способ свободного спекания намагниченного сильным импульсным полем порошка является наиболее эффективным и будет применяться в дальнейшей работе.

Характеризуя сегодняшнее состояние технологии изготовления постоянных магнитов из соединений РЗМ, нельзя не остановиться на еще одном технологическом решении, которое могло возникнуть только в результате использования редкоземельных металлов. Речь идет о методе измельчения сплава посредством его насыщения водородом и последующей дегазации, так называемом водородном диспергировании . В технической литературе этот процесс обозначается HDDR (hydrogenation, disproportionation, desorbtion and recombination). Насыщение водородом при температуре 650...680 °С приводит к образованию гидридов металлов, в первую очередь, гидрида неодима. Так как гидриды металлов имеют другую кристаллическую структуру и удельный объем, то исходный сплав рассыпается в мелкодисперсный порошок. Вакуумирование полученного порошка при высокой температуре 800...900°С приводит к удалению из него водорода и восстановлению соединения Nd2Fe,4B. Реакция процесса может быть записана следующим образом;

Nd2Fei4B + (2 ± х)Н2? 2NdH2+ + 14Fe ± АН.

В последнее время появилось значительное число вариаций этого процесса, в том числе возможность проведения его при одной температуре с изменением во времени давления [5]. Показано, что такой способ измельчения, во-первых, приводит к меньшей дефектности частиц, так как процесс измельчения происходит по определенным кристаллографическим плоскостям когерентной связи образующихся фаз, во-вторых, порошок при таком способе получения более однороден по размеру частиц.

В рамках раздела Магнитные и сверхпроводящие материалы бьши проведены поисковые работы по созданию и использованию принципиально новых подходов к решению технологических проблем. Уфимским государственным авиационным техническим университетом и Институтом физики металлов УрО РАН (г. Екатеринбург) в проекте Массивные наноструктурные магнитные материалы для получения постоянных магнитов системы R-Fe-В (где R - Nd, Pr) использованы методы интенсивной пластической деформации (ИПД).

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) под высоким давлением (рис. 8.7, а) на сплавы R-Ее-В различного состава. Показано, что при ИПДК основная фаза R2Fej4B



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 [ 88 ] 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка