Способ получения магнитотвердого материала



Владельцы патента RU 2648335:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении магнитов с полимерной связкой и спеченных магнитов. Для получения магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений самария с железом и переходными металлами, выбранными из группы Ti, Nb, Mo, смешивают порошки железа и одного, двух или трех переходных металлов Ti, Nb, Mo таким образом, чтобы легирующие элементы замещали не более 10 масс. % Fe. Проводят механическое легирование в вибромельнице в инертной атмосфере без содержания влаги до 3 часов. Полученный твердый раствор смешивают с порошком самария. Смесь подвергают механическому легированию в реакторе в инертной атмосфере без содержания влаги до 7 часов. Полученный аморфно-кристаллический порошковый материал подвергают сфероидизации в плазме при подаче порошка со скоростью 2,5-4 кг в час. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 20-40 л/мин, а качестве плазмостабилизирующего газа - водород или гелий с расходом 2-24 л/мин. Порошок продувают закалочным газом, в качестве которого используют азот или аммиак, со скоростью не более 200 л/мин. Изобретение позволяет получить порошок магнитотвердого материала, обладающий сферичностью частиц, высокой плотностью утряски и текучестью, что приводит к улучшению магнитных характеристик изделий из такого материала. 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению магнитотвердого материала на основе редкоземельных элементов (например, самарий) с переходными металлами (например, железо, титан, ниобий, молибден) с формой частиц, близкой к сферической, который может быть использован для получения магнитов с полимерной связкой, а также для получения спеченных магнитов с высокой относительной плотностью, обладающих достаточным комплексом магнитных свойств. Магниты на основе редкоземельных элементов (например, самарий) с переходными металлами (например, железо, титан, ниобий, молибден) используются в самых различных областях науки и техники, включая, но не ограничиваясь ими, производство электродинамических громкоговорителей, электромоторов, генераторов, компонентов научных приборов и т.п.

Известен способ [Lee J.G., Kang S.W., Si P.Z., Choi C.J. The Influence of Mechanical Milling on the Structure and Magnetic Properties of Sm-Fe-N Powder Produced by the Reduction-Diffusion Process // Journal of Magnetics. - 2011. - T. 16. - №. 2. - c. 104-107.] получения Sm2Fe17N3 методом кальциетермического восстановления и азотирования. Смешивают порошки высокой чистоты оксида самария и металлического железа в стехиометрическом соотношении, соответствующем Sm2Fe17. Гомогенизируют смесь в шаровой мельнице. Добавляют двукратный стехиометрический избыток гранул кальция. Запрессовывают смесь в капсулы из чистого железа. Проводят высокотемпературное восстановление 6 часов при 1100°С в атмосфере аргона, при котором металлический кальций восстанавливает оксид самария до металлического самария, самарий плавится, взаимодействует с металлическим железом, образуя сплав Sm2Fe17. Измельчают полученный продукт в шаровой мельнице. Для удаления оксида кальция проводят последовательную промывку деионизованная водой, 3% уксусной кислотой и деионизованной водой. Сушат порошок в вакууме. Азотируют в атмосфере чистого азота 16 часов при 723 K.

Известен способ [Imaoka N., Iriyama Т., Itoh S., Okamoto A., Katsumata, T. Effect of Mn addition to Sm2Fe17N magnets on the thermal stability of coercivity // Journal of alloys and compounds. - 1995. - T. 222. - №. 1. - С. 73-77.] получения Sm2Fe17N3 методом плавления, дробления и азотирования. Получают слиток железа со стехиометрическим избытком самария и в атмосфере аргона. Стехиометрический избыток необходим для компенсации испарения самария при плавлении и гомогенизационном отжиге. Проводят гомогенизационный отжиг слитка при температуре 1100-1150°С в атмосфере аргона. Измельчают отожженный слиток. Азотируют полученный порошок до 10 часов в смеси газов NH3 и Н2.

Известен способ [Sun J.B., Cui С.Х., Zhang Y., Wang R., Li L., Yang W., Liu Y.L. Structural and nitrogenation of Sm2Fe16Ti1 alloy prepared by HDDR process // Materials chemistry and physics. - 2006. - T. 97. - №. 1. - С. 116-120.] получения Sm2Fe17N3 методом плавления, водородной декрипитациии и азотирования. Получают слиток железа со стехиометрическим избытком (25%) самария. Стехиометрический избыток используют для предотвращения испарения самария во время высокотемпературной обработки. Проводят гомогенизационный отжиг при температуре 1100°С в течение 48 часов. Измельчают слитки до порошка с размером частиц 3-5 мм. Наводараживают порошок при 800°С в течение 2 часов в атмосфере высокочистого водорода при давлении 0,12 МПа. После чего проводят дегазацию при 800°С в течение 2 часов. Окончанием процесса дегазации считается момент, когда давление достигает значений, не превышающих 3×10-3 Па.

Вышеперечисленные способы получения магнитотвердых материалов на основе редкоземельных элементов (самарий) с переходными металлами (железо, титан, ниобий, молибден) обладают рядом существенных недостатков. Повышенная ресурсоемкость известных способов связана использованием избытка (до 30 ат.%) редкоземельных металлов (самария) для компенсации их испарения из-за высоких значений давления насыщенных паров при повышенных температурах во время плавления и/или термической обработки. Порошки, изготовленные этими способами, имеют неоднородный состав, что может отрицательно повлиять на конечные свойства. Неоднородность химического состава связана с тем, что сплав Sm2Fe17 не имеет области гомогенности и его формирование протекает по перитектической реакции. Таким образом добиться однородности состава невозможно даже при очень длительном гомогенизационном отжиге. Порошки, полученные по вышеперечисленным способам, имеют неправильную форму, что приводит к их низким технологическим свойствам: низкой текучести, насыпной плотности, плотности утряски.

В качестве прототипа выбран способ [RU патент №2596166] получения магнитотвердого соединения Sm2M17Nx. Способ заключается в поэтапном смешивании порошков железа, нитридообразующих элементов (НОЭ), таких как Ti, Nb, Mo и самария для образования соединения, например Sm2Fe16Ti, Sm2Fe16.5Nb0.25Ti0.25, Sm2Fe16.5Mo0.5. На первом этапе порошки железа и одного или двух нитридообразующих элементов Ti, Nb, Mo смешивают, после чего смесь подвергают механическому легированию в инертной атмосфере без содержания влаги в течение 3-5 часов. На втором этапе полученный твердый раствор железа и НОЭ смешивают с порошком самария. Полученную механическую смесь подвергают механическому легированию в реакторе с инертной атмосферой без содержания влаги в течение 7-20 часов. Во время механического легирования реактор продувают смесью аммиака и водорода NH3 - 85-95% и Н2 - 5-15% для азотирования со скоростью 0,5-5 л/мин. В качестве инертной атмосферы можно использовать аргон, гелий и т.п. В результате получается материал с высокими магнитными свойствами. Однако порошки, полученные по этому способу, так же имеют неправильную форму, что приводит к их низким технологическим свойствам: низкой текучести, насыпной плотности, плотности утряски.

Техническими проблемами при производстве магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений редкоземельных элементов (самария) с переходными металлами группы железа является, во-первых, повышенная ресурсоемкость, во-вторых, неоднородный химический состав, в-третьих, низкие технологические свойства порошка.

Указанные технические проблемы решаются путем поэтапного смешивания порошков железа и самария, их обработки в инертной атмосфере без содержания влаги по известной технологии, сфероидизации полученного аморфно-кристаллического порошкового материала в аргоновой и/или гелиевой и/или водородной плазме, после чего порошок продувают закалочным газом со скоростью не более 200 л/мин.

Техническими проблемами при производстве магнитов с полимерной связкой из порошков неправильной формы является, во-первых, пониженное содержание твердых частиц в полимерной матрице, во-вторых, снижение текучести смеси полимера и порошка при формовании, в-третьих, неравномерное распределение частиц порошка в полимерной матрице, в-четвертых, сниженная ориентированность частиц по осям легкого намагничивания при намагничивании во внешнем магнитном поле. Это приводит к снижению магнитных свойств.

Техническими проблемами при производстве спеченных магнитов из порошков неправильной формы является температурная стабильность магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений редкоземельных элементов (самария) с переходными металлами группы железа. Применение порошков неправильной формы повышает относительную температуру спекания, увеличивает остаточную пористость. Это приводит к снижению магнитных свойств.

Указанные технические проблемы решаются путем использования сферических порошков, получающихся путем поэтапного смешивания порошков железа и самария, их обработки в инертной атмосфере без содержания влаги по известной технологии, сфероидизации аморфно-кристаллический порошкового материала в аргоновой и/или гелиевой и/или водородной плазме, после чего порошок продувают закалочным газом со скоростью не более 200 л/мин.

Методом поэтапного механического легирования получают аморфно-кристаллический порошковый материал на основе редкоземельных элементов с переходными металлами (22,7-33,0 масс. % Sm, 62,1-75,9 масс. % Fe, 0-3,6 масс. % Ti, 0-6,9 масс. % Nb, 0-7,1 масс. % Мо). На первом этапе порошки железа и одного, двух или трех переходных металлов Ti, Nb, Mo смешивают таким образом, чтобы легирующие элементы замещали не более 10 масс. % Fe (например, 90 масс. % Fe - 10 масс. % Nb; 94,8 масс. % Fe - 5,2 масс. % Ti; 92,5 масс. % Fe - 5 масс. % Nb - 2,5 масс. % Ti; 94,2 масс. % Fe - 3,4 масс. % Мо - 1,6 масс. % Nb - 0,8 масс. % Ti). Механическое легирование проводят, например, в высокоэнергонапряженной вибромельнице в инертной атмосфере без содержания влаги до 3 часов. На втором этапе полученный твердый раствор железа и переходных металлов смешивают с порошком самария. Полученную механическую смесь повторно подвергают механическому легированию в реакторе с инертной атмосферой без содержания влаги до 7 часов. Полученный методом механического легирования порошок состоит из однородных по химическому составу частиц с осколочной формой и их агрегатов. Порошок загружают в питатель установки плазменной сфероидизации. Подачу порошка осуществляют со скоростью 2,5-4 кг/час. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом от 20-40 л/мин, в качестве плазмостабилизирующего газа, который вводят в плазму тангенциально, можно использовать водород или гелий с расходом 2-24 л/мин. В качестве закалочного газа можно использовать азот или аммиак с расходом не более 200 л/мин. В результате получаются сферические порошки магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений редкоземельных элементов с переходными металлами группы железа с высокими технологическими свойствами.

Поэтапное механическое легирование приводит к формированию частиц с однородным химическим составом. Использование атомов внедрения и замещения приводит к искажению кристаллической решетки и увеличению параметра решетки, что в конечном итоге позволяет добиться повышенной температуры Кюри.

Механическое легирование железа с переходными элементами для полного их растворения необходимо проводить до трех часов. Легирование дольше 3 часов нецелесообразно, т.к. происходит полное растворение и образование твердого раствора в железе. Механическое легирование твердого раствора переходных металлов в железе с самарием необходимо проводить до семи часов. Увеличение времени легирования так же нецелесообразно, т.к. растворение происходит полностью.

Расход плазмообразующего газа не должен быть менее 20 л/мин и более 40 л/мин. В этом диапазоне наблюдается стабильная работа плазмотрона. Расход плазмостабилизирующего газа не должен быть менее 2 л/мин, т.к. такого расхода недостаточно для стабилизации факела плазмы и не происходит достаточного охлаждения элементов плазмотрона, что может привести к поломке оборудования. При расходе более 24 л/мин прекращается ионизация газа и происходит затухание плазмы.

Расход закалочного газа более 200 л/мин нецелесообразно по экономическим причинам.

Порошки смешивают в следующем соотношении 93,4 масс. % Fe - 4,9 масс. % Nb - 1,7 масс. % Ti. Подвергают механическому легированию в мельнице в течение 3 часов в инертной атмосфере без содержания влаги. Образуется твердый раствор переходных элементов в железе. Полученный твердый раствор смешивают с самарием для получения стехиометрического соединения Sm2(Fe0,95Nb0,03Ti0,02)17. Повторяют механическое легирование в мельнице твердого раствора переходных металлов в железе с самарием 7 часов. Полученный порошок загружают в питатель установки плазменной сфероидизации. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 25 л/мин, в качестве плазмостабилизирующего газа используют гелий с расходом 10 л/мин, а качестве закалочного газа используют аммиак с расходом 150 л/мин. Подача порошка из питателя осуществляется со скоростью 3,5 кг/час. В результате получаются частицы со сферичностью не менее 93%, процент сфероидизованных частиц 87%, выход продукта 95% (№9 в таблице).

В Таблице представлены технологические свойства порошков магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений редкоземельных элементов с переходными металлами группы железа полученных по различным режимам сфероидизации.

Сферические порошки в соответствии с данным способом получения демонстрируют превосходные технологические свойства: высокие плотность утряски и текучесть. Высокая сферичность позволяет увеличить коэффициент заполнения и использовать меньше связующего при получении магнитопластов и магнитоэластов, а также позволяет достигать большей конечной плотности при спекании. Улучшенные значения текучести сферических порошков также способствуют более однородному смешиванию магнитного порошка со связующим. Большее относительное содержание частиц должно приводить к улучшению магнитных характеристик конечных изделий.

Способ получения магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений самария с железом и переходными металлами, выбранными из группы Ti, Nb, Mo, включающий смешивание порошков железа и переходных металлов Ti, Nb, Mo, отличающийся тем, что смешивают порошки железа и одного, двух или трех переходных металлов Ti, Nb, Mo таким образом, чтобы легирующие элементы замещали не более 10 масс. % Fe, проводят механическое легирование в вибромельнице в инертной атмосфере без содержания влаги до 3 часов, полученный твердый раствор смешивают с порошком самария, смесь подвергают механическому легированию в реакторе в инертной атмосфере без содержания влаги до 7 часов, полученный аморфно-кристаллический порошковый материал подвергают сфероидизации в плазме при подаче порошка со скоростью 2,5-4 кг в час, в качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 20-40 л/мин, а качестве плазмостабилизирующего газа - водород или гелий с расходом 2-24 л/мин, после чего порошок продувают закалочным газом, в качестве которого используют азот или аммиак, со скоростью не более 200 л/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. Техническим результатом является уменьшение индуктивности рассеяния, снижение сопротивления провода, увеличение импульсного тока, улучшение теплоотвода от внутренних витков обмотки, повышение механической прочности конструкции трансформатора.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания гексаферритовых магнитомягких материалов для индуктивных элементов дециметрового и сантиметрового частотного диапазонов.

Изобретение относится к области теплообменной техники, а именно к способу обработки магнитореологической жидкости-теплоносителя для холодильных и кондиционерных систем.

Изобретение относится к электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием с превосходными штампуемостью и адгезионными свойствами. Электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием содержит электротехническую листовую сталь и изоляционное покрытие, сформированное на электротехнической листовой стали.

Изобретение может быть использовано в электротехнике, машиностроении и химической промышленности. Способ получения магнитной жидкости на органической основе, не смешивающейся с водой, включает введение магнитной жидкости на водной основе, содержащей магнитные наночастицы Fе3O4, в жидкость на органической основе, не смешивающуюся с водой.

Изобретение относится к химической композиции, чувствительной к температуре и пригодной для получения датчиков для тестирования условий хранения продуктов, которые требуют постоянного хранения при низкой температуре.

Изобретение касается способа изготовления магнитной керамики. Способ включает следующие этапы: компактирование в пресс-форме порошковой композиции, содержащей смесь железа и BN, выдавливание компактированной массы из пресс-формы, размещение в кальцийкарбонатном контейнере с графитовым нагревателем, обработка при 2-8 ГПа и 1000-2000°С.

Изобретение относится к области получения постоянных магнитов и может быть использовано при производстве высокоэнергетических постоянных магнитов на основе редкоземельных (РЗМ) сплавов и, в частности, на основе неодима, железа и бора (сплав Nd-Fe-B).

Изобретение относится к электротехнике, к трансформаторостроению и может найти применение при изготовлении обмоток трансформаторов и реакторов. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей при относительной простоте изготовления.

Изобретение относится к раствору для образования изоляционного покрытия на листе текстурированной электротехнической стали и к листу текстурированной электротехнической стали, имеющему изоляционное покрытие.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания гексаферритовых магнитомягких материалов для индуктивных элементов дециметрового и сантиметрового частотного диапазонов.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция, что обеспечивает повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м за счёт снижения температуры синтеза и обжига.

Изобретение может быть использовано для установления подлинности или верификации взрывчатых веществ, ценных бумаг, дорогостоящего оборудования, ювелирных изделий.

Изобретение может быть использовано при создании магнитоактивных катализаторов. Способ получения раствора магнитоактивного соединения включает конденсацию из раствора сульфата железа (II), содержащего лигносульфонаты, и раствора окислителя при их смешении.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам электрохимического окисления железа для получения реагента-окислителя феррата (VI) FeO42-.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита бария больше 230 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, что приводит к значительному снижению температуры обжига.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Мокрое измельчение стехиометрической смеси карбоната бария и оксида железа проводят в кислой среде, содержащей полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: лимонная кислота 0,2-1,8, изопропиловый спирт 2-8, вода 28-32, стехиометрическая смесь карбоната бария и оксида железа - остальное.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Мокрое измельчение стехиометрической смеси карбоната стронция и оксида железа проводят в кислой среде, содержащей полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиакриловая кислота 0,2-0,6, изопропиловый спирт 4,0-10,0, карбонат кальция 0,2-1,0, вода 28-45, стехиометрическая смесь карбоната стронция и оксида железа - остальное.
Изобретение относится к химической технологии получения катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В способе получения литий-железо-фосфата, включающем смешивание в стехиометрических соотношениях соединения железа с водным раствором, содержащим литий- и фосфат-ионы и аскорбиновую кислоту в качестве углеродсодержащего восстановителя, активирование полученной смеси и последующую термическую обработку продукта взаимодействия, в качестве соединения железа используют порошок оксида железа со степенью окисления железа в диапазоне +2,03…+2,2 с размером частиц до 125 мкм, смешивая его с водным раствором дигидрофосфата лития концентрацией 30-57 вес.%, а активирование полученной смеси путем механического перемешивания осуществляют при температуре 15-30°C до образования геля.

Изобретение относится к способу переработки красного шлама при получении скандийсодержащего концентрата и оксида скандия, в котором ведут карбонизационное выщелачивание, сорбцию скандия на фосфорсодержащем ионите, десорбцию скандия и осаждение скандиевого концентрата.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении магнитов с полимерной связкой и спеченных магнитов. Для получения магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений самария с железом и переходными металлами, выбранными из группы Ti, Nb, Mo, смешивают порошки железа и одного, двух или трех переходных металлов Ti, Nb, Mo таким образом, чтобы легирующие элементы замещали не более 10 масс. Fe. Проводят механическое легирование в вибромельнице в инертной атмосфере без содержания влаги до 3 часов. Полученный твердый раствор смешивают с порошком самария. Смесь подвергают механическому легированию в реакторе в инертной атмосфере без содержания влаги до 7 часов. Полученный аморфно-кристаллический порошковый материал подвергают сфероидизации в плазме при подаче порошка со скоростью 2,5-4 кг в час. В качестве плазмообразующего газа используют аргон с расходом 20-40 лмин, а качестве плазмостабилизирующего газа - водород или гелий с расходом 2-24 лмин. Порошок продувают закалочным газом, в качестве которого используют азот или аммиак, со скоростью не более 200 лмин. Изобретение позволяет получить порошок магнитотвердого материала, обладающий сферичностью частиц, высокой плотностью утряски и текучестью, что приводит к улучшению магнитных характеристик изделий из такого материала. 1 табл.

Наверх