Application of mechanically activated powders in the production of Nd-Fe-B magnets.pdf Высокоэнергетические магниты на основе редкоземельных металлов (РЗМ) становятся все более востребованы в современном мире благодаря их уникальным свойствам: небольшие массогабаритные размеры, высокие магнитные характеристики и качество продукта [1]. В настоящее время основным способом получения таких магнитов является метод порошковой металлургии, который представляет собой многостадийный процесс [2]. В работе рассмотрена усовершенствованная технология их получения, которая позволяет сократить число операций и существенно снизить количество получающихся отходов и тем самым увеличить выход готовой продукции. Принципиальная технологическая схема получения магнитов с применением механически активированных порошков представлена на рис. 1. Отличия данной технологии от классического метода порошковой металлургии заключаются в следующем: - использование индукционного переплава слитков высоконеодимовых лигатур с добавлением механически активированного модификатора с целью получения мелкокристаллической структуры отливки во всем ее объеме; - исключение операций фторирования и восстановления при получении сплавов с использованием металлического неодима; - возможность добавки к порошкам гидридов полученных сплавов на основе Nd-Fe-B требуемых количеств порошков ферробора и металлического Fe до стехиометрии тройного сплава с их последующим измельчением в шаровых мельницах в процессе твердофазного легирования (ТФЛ); - возможность ТФЛ порошков гидридов сплава Nd-Fe-B порошками гидридов, содержащих Dy, Tb и другие металлы. Процессы изготовления гидридов металлов и сплавов в настоящий момент достаточно подробно исследованы и описаны в литературе, а операции, следующие за ними, находят применение в существующей технологии получения постоянных магнитов [3]. Использование способа индукционного переплава сплавов и лигатур с добавлением механоактивированных нанодисперсных модификаторов для получения мелкокристаллической структуры, состоящей из кристаллов Nd2Fe14В, размерами не более 10 мкм, т.е. размеров доменов магнитных материалов, является новой и актуальной задачей. Исследования процесса гидрирования высоконеодимовых модифицированных лигатур продемонстрировали, что гидрирование материала проходит по границам зерен, которые являются обогащенными по неодиму. Поэтому при смешивании полученных таким образом гидридов с порошками металлического железа и ферробора в процессе ТФЛ происходят последующие спекание, рекомбинация гидридов и образование кристаллов Nd2Fe14В с размерами доменов 5-10 мкм. При получении лигатур и магнитных сплавов фторидным способом или с применением индукционного переплава кристаллизация имеет направленный характер от холодных поверхностей футерованного тигля или изложницы к центру [4]. Причем получающиеся при этом кристаллы имеют размеры, значительно превышающие размеры доменов. При гидрировании такого материала он рассыпается на пластинки и чешуйки, которые следует дополнительно истирать механически. Известно, что для получения мелкокристаллической (5-10 мкм) структуры получаемых сплавов необходимо выполнение одного из двух условий: либо скорость охлаждения отливки должна быть выше 104 К/мин, либо кристаллизация должна проходить не от стенок, а непосредственно в объеме металла [5]. Первое условие технологически сложно осуществить, поэтому для обеспечения второго условия нами был использован метод добавки искусственных центров кристаллизации в виде ультрананодисперсных механоактивированных порошков, который зарекомендовал себя при производстве чугунов [6]. Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения магнитов В работе приведены результаты исследований по получению магнитных сплавов на основе системы Nd-Fe-В с мелкокристаллической структурой, полученных при добавлении высоконеодимовых модифицированных лигатур, а также постоянных магнитов из них. Исследования по получению сплавов и лигатур проводили на индукционной установке УППФ-3М со сливом расплава металла в кристаллизатор через воронку и шлакоулавитель. Для обеспечения объемной кристаллизации расплава высоконеодимовой лигатуры перед сливом металла в кристаллизатор добавляли механоактивированный модификатор, состоящий из оксидов РЗЭ, плакированных железом, размером 0,5 мкм. Модификатор является поверхностно-активным веществом, обеспечивающим появление активных центров кристаллизации во всем объеме расплава. Благодаря этому удалось создать одинаковую микроструктуру в объеме слитка и облегчить дальнейший процесс его гидрирования. Получившийся слиток далее раздробили на прессе, отшлифовали образец из центра слитка и исследовали его на электронном микроскопе марки Philips SEM 515. Полученные результаты анализов образцов высоконеодимовой (70-75% Nd) лигатуры представлены на рис. 2. Рис. 2. Микрофотографии скола высоконеодимовой лигатуры: а - без модификатора, б - с модификатором Как видно из микрофотографий, поверхность модифицированной лигатуры выглядит более «рыхлой», с меньшим размером зерен (0.1-1.0 мкм), т.е. имеет более разветвленную поверхность контакта. Благодаря этому гидрирование такой лигатуры будет проходить интенсивнее, чем гидрирование лигатуры, полученной путем индукционного переплава материалов без добавления модификатора. Время реагирования с водородом уменьшается на 25-30 %, что влияет на общее время изготовления магнитов и, в конечном итоге, на общую себестоимость продукта. При получении магнитных сплавов Nd-Fe-B из высоконеодимовой лигатуры с использованием модификатора и без его добавления установили, что первые слитки обладают более высокой хрупкостью при их измельчении. В таблице представлены магнитные характеристики образцов постоянных магнитов, полученных по методу порошковой металлургии из слитков магнитных сплавов с добавлением и без добавления модификатора. Сравнение свойств полученных постоянных магнитов Nd-Fe-B № опыта Количество модификатора, %/г Время измельчения сплава, мин Магнитные характеристики Состояние изложницы (кристаллизатора) Br, Тл Hc, кЭ 1 Без модификатора 36 1.10 4.75 Горячая (t = 200 °C) 2 0.05 / 11.4 30 1.19 5.50 Холодная (t = 25 °C) 36 1.19 5.75 42 1.19 6.00 3 0.10 / 22.8 30 1.25 6.00 Горячая (t = 200 °C) 36 1.25 6.50 42 1.25 6.75 Примечание. Br - магнитная индукция, Тл; Hc - коэрцитивная сила по намагниченности, кЭ; погрешность измерения приборов ±0.5%. Из таблицы видно, что при добавлении даже небольшого количества модификатора магнитные свойства полученных образцов магнитов улучшаются. Добавка 0.05-0.01% модификатора позволила увеличить магнитную индукцию на 0.09-0.15 Тл (8-14%), а коэрцитивную силу по намагниченности - на 0.75-2.00 кЭ (15-42%). Причем с увеличением количества введенного модификатора магнитные характеристики возрастают. Следует отметить, что требуется проведение дополнительных исследований по установлению механизма влияния механоактивированных добавок на процесс кристаллизации расплава металла во всем объеме, а также определения оптимальных условий для достижения наибольшей эффективности по увеличению магнитных характеристик постоянных магнитов. Таким образом, проведенные исследования показали, что магниты, химический состав сплава которых был скорректирован с применением гидридов, полученных из модифицированных высоконеодимовых лигатур, обладают более высокими магнитными свойствами по сравнению с магнитами, которые получены по классической технологии порошковой металлургии.

Скачать электронную версию публикации