Влияние зернограничного фазового перехода смачивания границ зерен на микроструктуру редкоземельных постоянных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
онно использующейся при жидкофазном спекании магнитов Nd-Fe-B.
Рисунок 8 - Изотермическое сечение диаграммы Nd-Fe-B при 1050 оС
На сечении диаграммы можно отметить, что имеется двухфазная область, в которой f-фаза (фаза Nd2Fe14B) находится в равновесии с жидкой фазой и трёхфазная область, в которой f-фаза находится в термодинамическом равновесии с жидкой фазой и h-фазой (фазой Nd1,1Fe4B4). Примечательно, что самый популярный состав, используемый при получении постоянных магнитов, описывается формулой Nd15Fe77B8 и находится именно в трёхфазной области (L + f + h).
Следует отметить, что микроструктура спеченных магнитов Nd-Fe-B представляет собой зерна основной f-фазы, окруженные жидкой фазой и h-фазой. Однако присутствие h-фазы обычно ассоциируется с острыми выступами на поверхности зёрен f-фазы, которые, как предполагается, индуцируют большие размагничивающие поля и, как следствие, приводят к снижению коэрцитивной силы магнитов. h-фаза не образуется в сплаве номинального состава Nd18.5Fe73B6.5, который располагается в узкой двухфазной области (L + f) и, в свете вышесказанного, выглядит предпочтительнее. Однако этот сплав содержит избыточное, по сравнению со стехиометрией Nd2Fe14B, количество Nd, что неизбежно влечёт за собой снижение намагниченности насыщения соответствующих магнитов. Кроме того, учитывая сильную зависимость характера протекающих в сплавах системы Nd-Fe-B реакций от скорости затвердевания, можно ожидать определённых технологических трудностей при получении двухфазной структуры на практике, что также приведёт к ухудшению свойств магнитов.
В оставшихся четырёх трёхфазных областях, как видно на рисунке 6, f-фаза соседствует, по меньшей мере, с одной магнитомягкой фазой: Nd2Fe17, Fe или Fe2В. Любая из них, появляясь в сплаве, оказывает катастрофическое влияние на свойства соответствующих магнитотвёрдых материалов. По этой причине, если сплавы соответствующего состава не находятся в нанокристаллическом состоянии, они не представляют какого-либо практического интереса как магнитотвёрдые материалы.
Что же касается обогащённой неодимом фазы, которая является второй структурной составляющей сплавов, традиционно использующихся при получении постоянных магнитов методами обычной порошковой металлургии, то, в зависимости от содержания растворённого железа, она кристаллизуется или с образованием гексагональной структуры с параметрами решётки а = 0,39 нм и с = 0,69 нм, если концентрация железа менее 3 %, или же, при больших концентрациях железа, с образованием ГЦК структуры с параметром решётки а = 0,52 нм, и служит эффективной изолирующей прослойкой между зёрнами основной магнитотвёрдой фазы [31].
Температура Кюри тройного интерметаллида Nd2Fe14B относительно низкая 310 оС. Это основной недостаток магнитов из сплавов системы Nd-Fe-B, который существенно ограничивает их применение в изделиях, работающих при температурах выше 100 оС. Частичное замещение Fe на Co позволяет повысить температуру Кюри основной магнитотвердой фазы, однако при этом наблюдается резкое снижение коэрцитивной силы магнитов.
Изменения максимальной магнитной энергии, остаточной индукции и коэрцитивной силы спеченных постоянных магнитов (СПМ) из сплавов системы Nd-Fe-B в зависимости от количества Nd и В представлены на рисунке 9.
Рисунок 9 - Изменения (ВН) max, Вr и Нс спеченных постоянных магнитов из сплавов системы Nd-Fe-B в зависимости от количества Nd и В.
1.5 Технология производства спеченных магнитов из сплавов системы Nd-Fe-B методами порошковой металлургии
При разработке технологий получения редкоземельных постоянных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B были использованы две принципиально отличающиеся технологические схемы.
В первую технологическую схему, основанную на методе порошковой металлургии, можно включить технологии, базирующиеся на получении монокристаллических порошков со средним размером зерен около 10 мкм. Ко второй технологической схеме изготовления постоянных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B можно отнести технологии, основанные на получении порошков методом закалки из расплава.
Размер кристаллитов в частицах быстрозакаленного порошка составляет от 5 до 400 нм.
смачивание зерно сплав магнит
Далее будет рассмотрен первый метод, а именно, метод порошковой металлургии, принципиальная схема которого приведена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Схема технологического процесса изготовления порошковых магнитов из сплавов на основе системы Nd-Fe-B
Как видно на рисунке 10 традиционная технология получения спеченных магнитов по методу порошковой металлургии состоит из следующих этапов:
подготовка шихтовых компонентов и получение сплава;
дробление, измельчение и тонкий помол сплава;
текстурование и прессование порошка в магнитном поле;
спекание;
термообработка.
1.5.1 Получение сплавов
Выплавку сплавов заданного состава проводят в вакуумной индукционной печи в тигле из окиси алюминия. При выплавке в атмосфере очищенного аргона сначала расплавляют железо и бор, затем пространство печи дегазируют, создают вакуум, и после того как расплав достигает температуры несколько выше температуры ликвидус двойных сплавов железо - бор, в него добавляют неодим. В процессе плавки происходит перемешивание металла высокочастотными токами. Легирование спеченных магнитов на основе системы (Nd,Dy) - Fe-B диспрозием осуществляют путем прямого введения Dy ?/p>