Способ получения постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов

 

Сущность изобретения: сплав на основе редкоземельных элементов подвергают дроблению, загружают порошок в помольную камеру совместно с мелющими телами и защитной жидкостью, камеру герметизируют и заполняют ее свободный объем инертным газом, проводят измельчение, формование брикетов и их термическую обработку, причем перед заполнением свободного объема камеры инертным газом проводят дегазацию защитной жидкости путем вакуумной откачки камеры до остаточного давления не более 60 Па и выдержки до прекращения газовыделения.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может найти применение при изготовлении постоянных магнитов из сплавов на основе редкоземельных переходных металлов.

Известен способ получения постоянных магнитов из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом, включающий приготовление сплава, дробление, механическое измельчение в защитной среде минерального масла, отмывку масла, формование брикетов.

Данный способ позволяет получать постоянные магниты с минимальным (порядка 0,3 мас. % ), содержанием кислорода благодаря защитному действию среды минерального масла при измельчении, что, в свою очередь, обеспечивает получение высокой остаточной индукции и магнитной энергии.

Недостатком данного способа является его низкая технологичность, обусловленная необходимостью тщательной отмывки измельченного порошка от минерального масла с помощью дорогостоящих органических растворителей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является способ получения постоянного магнита, включающий приготовление сплава, дробление, загрузку порошка в помольную камеру совместно с мелющими телами и защитной жидкостью, герметизацию помольной камеры, заполнение ее свободного объема инертным газом, измельчение, формование брикетов и их термическую обработку. В данном способе, выбранном за прототип, в качестве защитной жидкости применяются органические растворители, например гексан. Применение таких защитных жидкостей технологически оправдано, так как они легко испаряются без осадка при последующей сушке или в процессе термических обработок.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает в достаточно полной мере предохранение порошка от окисления в процессе измельчения. Известные органические жидкости растворяют в себе значительные количества газа, в частности, кислорода. Так, при комнатной температуре коэффициент абсорбции, равный объему газа, приведенному к 0^оС и 760 мм рт.ст. поглощенному единицей объема жидкости при парциальном давлении газа, равном 760 мм рт.ст, составляет (по кислороду) весьма значительные величины: 0,207 (ацетон); 0,163 (бензол); 0,143 (спирт этиловый); 0,230 (углерод четыреххлористый). Поэтому, несмотря на то, что свободный объем помольной камеры в известном способе заполняется инертным газом, это не исключает окисления порошка растворенным в защитной жидкости кислородом. При этом следует учитывать, что процесс окисления при измельчении активизируется весьма интенсивным перемешиванием порошка и его соударениями с мелющими телами, при которых могут локально развиваться высокие температуры (при разрушении частиц), активизирующие процесс окисления. Окисление порошка приводит к снижению остаточной индукции и магнитной энергии порошковых магнитов из редкоземельных сплавов.

Необходимо решить задачу, заключающуюся в повышении остаточной магнитной индукции и магнитной энергии магнитов путем уменьшения окисления порошка на стадии измельчения.

Задача решается таким образом, что предложен способ получения редкоземельного постоянного магнита, включающий приготовление сплава, дробление, загрузку порошка в помольную камеру совместно с мелющими телами и защитной жидкостью, герметизацию помольной камеры, заполнение ее свободного объема интертным газом, измельчение, формование брикетов и их термическую обработку.

Согласно изобретению, перед заполнением свободного объема камеры инертным газом проводят дегазацию защитной жидкости путем вакуумной откачки камеры до остаточного давления не более 60 Па и выдержки до превращения газовыделения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного дополнительной технологической операцией дегазации защитной жидкости путем вакуумной откачки камеры до остаточного давления не более 60 Па и выдержки до прекращения газовыделения.

Предлагаемый способ получения редкоземельных постоянных магнитов был экспериментально обоснован следующим образом.

В индукционной печи в атмосфере особо чистого аргона выплавляют бинарные сплавы самария с кобальтом (чистого исходного самария 99,8%, кобальта 99,9% ) со следующим исходным содержанием самария: (33,0; 33,5; 34,0; 35,0; 35,5; 36,0; 36,5; 37,0; 37,5) ± 0,1 мас.% самария. Образцы сплавов каждого состава дробят на щековой дробилке до размеров, соответствующих ситовой фракции менее 500 мкм. Равные навески исходного порошка каждого состава загружают совместно с мелющими телами (стальные шары ⊘ 4...6 мм) в помольные камеры планетарноцентробежной мельницы М36Л, после чего загрузку заливают защитной жидкостью этиловым спиртом-ректификатом до уровня 0,8 ± 0,1 от полного объема помольной камеры.

Контрольные процессы измельчения согласно прототипу после загрузки и герметизации камеры выполняют следующим образом: свободный объем камеры продувают особо чистым аргоном в количестве, соответствующем 40...60 объемам продуваемого пространства в камере, после чего в камере устанавливают избыточное давление аргона (0,1...0,2)˙10² кПа. Процессы измельчения согласно заявляемому способу выполняют следующим образом: после загрузки и герметизации камеры производят ее вакуумную откачку с помощью вакуум-насоса типа ВН-2МГ, создающем остаточное давление не более 60 Па. Непосредственно после создания вакуума в камере наблюдается бурное газовыделение, которое постепенно ослабевает и прекращается в течение 1...2 мин для типичных объемов загрузки. После прекращения газовыделения свободный объем камеры заполняют аргоном с избыточным давлением.

Дальнейшие процессы измельчения, формования брикетов и их термической обработки одинаковы для обеих партий образцов. Измельчение проводят до достижения среднего размера частиц порошка 5..8 мкм. Формование брикетов проводят влажным способом непосредственно после измельчения без применения технологической операции сушки, после чего брикеты загружают в печь для термических обработок по режиму: 1135^оС - 1 ч; 1100^оС - 20 мин: охлаждение с печью до 850^оС, выдержка при этой температуре 1 ч; закалка. Точность поддержания температуры составляла ± 2^оС.

После завершения технологического цикла согласно прототипу и заявляемому способу проводят измерения магнитных характеристик, полученных образцов по стандартной методике в замкнутой магнитной цепи на установке АРСПГ-1, в ходе которых были определены значения остаточной индукции и максимального энергетического произведения ВН_макс, при этом были получены следующие данные.

1. При проведении технологического процесса согласно прототипу из всего ряда взятых исходных составов сплавов (от 33 до 37,5 мас.% самария) наилучшие магнитные свойства были получены для сплава с 36,5 мас.% самария. Остаточная индукция Вr составила 9600 ± 200 Гс, максимальное энергетическое произведение ВН_макс 21 ± 0,8 МГc˙Э.

2. При проведении технологического процесса согласно заявляемому способу наилучшие магнитные свойства были получены для сплава с исходным содержанием 34,5 мас. % самария. Остаточная индукция составила 10600 ± 200 Гс, максимальное энергетическое произведение ВН_макс 25 ± 0,8 МГс˙Э.

Приведенные данные показывают, что заявляемый способ дает увеличение остаточной индукции и максимального энергетического произведения соответственно на ≈ 10 и ≈ 20% по сравнению с прототипом. Сдвиг максимума свойств в сторону меньшего содержания самария (34,5 по сравнению с 36,5 мас.% самария для прототипа) показывает, что заявляемый способ обеспечивает снижение окислов самария в магнитах, при этом положительный эффект обусловлен двумя факторами: а) увеличением остаточной индукции за счет уменьшения содержания связанного в окислы самария; б) увеличение остаточной индукции за счет сдвига состава с максимумом свойств в исходном сплаве.

Параметры остаточного давления при вакуумной дегазации камеры не являются критичными, так как даже относительно невысокое (порядка 60 Па) давление, обеспечиваемое стандартными механическими насосами любого типа, уменьшает содержание растворенных в защитной жидкости газов примерно в 1500 раз (согласно закону Генри, растворимость газа при неизменной температуре пропорциональна парциальному давлению его над раствором). Контрольные опыты по дегазации при давлениях около 0,13 Па, созданных с помощью диффузионных стандартных промасляных насосов, дали такие же результаты, что дегазация с помощью механических форвакуумных насосов. Таким образом, хотя применение откачки до давлений, много меньших 60 Па, также обеспечивает достижение положительного эффекта, применение для этих целей высоковакуумных насосов не является технически целесообразным.

Предлагаемый способ получения постоянного магнита из редкоземельных магнитов может быть реализован на любом предприятии по их производству, так как не требует специального оборудования.

Использование способа наиболее эффективно при получении магнитов с наивысшими свойствами и при охлажденном технологическом процессе, когда все другие факторы получения содержания кислорода в изделиях сведены к минимуму (при выплавке, термических обработках, хранении). В противном случае положительный эффект от заявляемого способа может оказаться замаскированным. Так, после хранения порошков на воздухе в течение 10 дней, полученные из них магниты имели практически одинаковые магнитные характеристики (ВН_макс около 18 МГc˙Э) как для заявляемого способа, так и для прототипа.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ НА ОСНОВЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий приготовление сплава, его дробление, загрузку порошка в помольную камеру совместно с мелющими телами и защитной жидкостью, герметизацию помольной камеры, заполнение ее свободного объема инертным газом, измельчение, формование брикетов и их термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения остаточной магнитной индукции и магнитной энергии, перед заполнением свободного объема камеры инертным газов проводят дегазацию защитной жидкости путем вакуумной откачки камеры до остаточного давления не более 60 Па и выдержки до прекращения газовыделения.