Способ получения постоянных магнитов на основе железа

 

Изобретение относится к способам получения постоянных магнитов на основе железа, содержащих неодим, диспрозий, железо и бор, и может быть использовано в электротехнике и электронике. Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем создания в магнитах регулируемого распределения напряженности магнитного поля и повышение однородности магнитных свойств получаемых магнитов. Способ предусматривает выплавку исходного и вспомогательного соединений, прессование заготовок из порошка в магнитном поле и их спекание в условиях взаимного контакта. После спекания заготовки из исходного соединения отделяют и используют в качестве магнитов, а заготовки из вспомогательного соединения могут быть использованы повторно. Получены магниты из соединения Nd₁₅Dy_2,5Fe_15,5B₇ с переменным значением напряженности магнитного поля по высоте и различным распределением напряженности. В случае двустороннего контактирования заготовок достигнута однородность распределения напряженности магнитного поля по сечению магнита до 1,5 - 3,0%. При градиентном распределении напряженность может варьироваться от 0 до 3400 Э, причем характер распределения напряженности может регулироваться. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения постоянных магнитов на основе железа, содержащих редкоземельные металлы, преимущественно неодим, диспрозий и бор, и может быть использовано в электротехнике и электронике. Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем создания в магнитах регулируемого распределения напряженности магнитного поля и повышение однородности магнитных свойств получаемых магнитов. Предложенный способ получения постоянных магнитов на основе железа включает выплавку исходного соединения, содержащего неодим, диспрозий, железо и бор, с содержанием железа на 0,1-2,0 мас. выше стехиометрического и аналогичного вспомогательного соединения с содержанием железа на 2-5 мас. ниже стехиометрического, приготовление порошков исходного и вспомогательного соединений, прессование из них заготовок (из исходного соединения в магнитном поле), последующее спекание их в условиях взаимного контакта и термообработку. В случае необходимости получения однородного распределения напряженности магнитного поля по обьему магнита, при спекании заготовок из исходного соединения обеспечивают их контакт с заготовками из вспомогательного соединения по двум противолежащим плоскостям. Заготовки из вспомогательного соединения перед контактированием с заготовками из исходного соединения могут быть предварительно спечены, что упрощает технологию отделения магнитов из исходного соединения после спекания из-за уменьшения их сваривания с заготовками из вспомогательного соединения. Кроме того, это позволяет использовать заготовки из вспомогательного соединения многократно. Выбор содержания железа в исходном и вспомогательном соединениях на основе железа (в исходном состоянии на 0,1-2,0 мас. выше стехиометрического, во вспомогательном на 2-5 мас. ниже стехиометрического) обеспечивает при спекании заготовок в условиях взаимного контакта реализацию экспериментально обнаруженного механизма диффузионно стимулируемого распада в заготовках с пониженным содержанием редкоземельных соединений с формированием матричной фазы типа R₂Fe₁₄B(R-Nd, Dy) и зернограничных прослоек магнитомягкой фазы, обогащенной железом. Процесс диффузионного стимулируемого распада не нарушает текстуры заготовок, полученной на стадии прессования порошка исходного соединения в магнитном поле. Повышение содержания железа в исходном соединении менее чем на 0,1% выше стехиометрического приводит к прекращению диффузионно стимулируемого распада и не позволяет получить регулируемое распределение напряженности магнитного поля в магнитах, а повышение содержания железа более чем на 2% выше стехиометрического замедляет процесс диффузионно стимулируемого распада и поэтому нецелесообразно. Содержание железа во вспомогательном соединении выбрано также из условий обеспечения оптимальной скорости прохождения процесса диффузионно стимулированного распада без нарушения исходной текстуры заготовок. При содержании железа менее чем на 2 мас. ниже стехиометрического процесс прекращается, что не позволяет достичь цели предложения, а уменьшение содержания железа более чем на 5 мас. по сравнению со стехиометрическим составом не приводит к дальнейшему ускорению процесса, но связано с излишним расходом дорогостоящего редкоземельного металла (неодима, диспрозия). Предложенный способ получения постоянных магнитов на основе железа реализован на примере получения постоянных магнитов из соединения Nd₁₅Dy_2,5Fe_75,5B₇. Данное соединение характеризуется следующим стехиометрическим соотношением компонентов, мас. Nd 30,5; Dy 5,72; Fe 62,71 и В 1,07. Из исходных компонентов: неодима металлического НМ-1 по ТУ-48-4-205-72, диспрозия металлического ДИМ-1 по ТУ-48-4-214-72, железа карбонильного рафинированного по ТУ-12-1-1720-76 и бора аморфного марки Б 99Л по ТУ-6-02-585-75 была приготовлена серия исходных и вспомогательных соединений с различным соотношением компонентов. Соединения получали выплавкой в индукционной печи ЛЗ2-67 в алундовых тиглях с разливкой в стальные водоохлаждаемые изложницы, атмосфера аргон. Полученные слитки соединений дробили на щековой дробилке до дисперсности 200-300 мкм и размалывали в планетарной мельнице в среде ацетона до дисперсности 2-3 мкм. Из полученного порошка в магнитном поле напряженностью 10-12 кЭ прессовали при удельном давлении 4,5 т/см²заготовки диаметром ⊘ 13 мм и высотой h 6 мм из исходного и вспомогательного соединений, которые затем спекали при 1080-1120^оС в течение 0,5-4,0 ч и термообрабатывали охлаждением в соответствии с приведенными ниже примерами. Для сопоставления проводили изготовление магнитов из того же соединения (Nd₁₄Dy_2,5Fe_75,5В₇) известным способом. На полученных магнитах датчиком Холла определяли изменение напряженности магнитного поля по высоте магнитов в центральной части. Измерения проводили после предварительного намагничивания спеченных магнитов импульсным магнитным полем напряженностью 70 кЭ в осевом направлении. Измерение напряженности проводили через 1 мм, используя послойную сошлифовку магнита с одного торца. П р и м е р 1. Спрессованные заготовки из исходного и вспомогательного соединений соединяли попарно разноименными полюсами за счет усилия магнитного взаимодействия. Заготовки в сборе спекали 30 мин в вакууме в печи типа СШВЛ при 1080-1120^оС. После спекания проводили охлаждение с печью. Полученный магнит из исходного соединения отделяли от спеченной заготовки из вспомогательного соединения. Проводили намагничивание полученного магнита импульсным магнитным полем напряженностью 70 кЭ в осевом направлении. Затем с помощью датчика Холла измеряли напряженность магнитного поля на торце образца в центральной части. После измерения сошлифовывали с торца 1 мм, вновь проводили измерение и т.д. Результаты приведены в таблице. П р и м е р ы 2-5. Поступали аналогично примеру 1 с исходными и вспомогательными соединениями с соотношением компонентов, указанным в таблице. Длительность спекания варьировали в пределах 0,5-4,0 ч. В примерах 2 и 3 содержание железа в исходном и вспомогательном соединениях соответствует предлагаемому, а в примерах 4 и 5 выходит за пределы изобретения. П р и м е р ы 6 и 7. Поступали аналогично примеру 1, однако заготовку из исходного соединения размещали между заготовками из вспомогательного соединения. После спекания магнит из исходного соединения отделяли от спеченных заготовок из вспомогательного соединения и контролировали. П р и м е р ы 8 и 9. Поступали аналогично примерам 1 и 7, используя в качестве заготовок из вспомогательного соединения заготовки, полученные в ходе осуществления примеров 1 и 7. В таблице приведены также результаты получения магнитов из того же соединения (Nd₁₄Dy_2,5Fe_75,5B₇) известным способом с использованием исходного соединения стехиометрического состава. Как следует из примеров 1-3 и 6-9, предложенный способ позволяет получать магниты с регулируемым распределением напряженности магнитного поля, а в примерах 7 и 9 с однородным распределением напряженности магнитного поля. Известным способом получить магниты с регулируемым распределением напряженности магнитного поля, аналогичным полученным в примерах 1-3 и 6, 8 невозможно. Во всех случаях получения магнитов известным способом они характеризуются нерегулируемым распределением напряженности магнитного поля с коэффициентом неоднородности K_н= до 20% При получении аналогичных магнитов с однородным распределением напряженности магнитного поля по данному предложению (примеры 7 и 9) коэффициент неоднородности снижается до 1,5-3,0% Магниты, полученные предложенным способом, характеризуются также более высоким уровнем магнитных характеристик, о чем свидетельствует повышение общего уровня напряженности магнитного поля. Из примеров 8 и 9 следует возможность повторного использования спеченных заготовок из вспомогательного соединения в качестве контактирующих заготовок при осуществлении предложенного способа. Использование предложенного способа позволяет расширить технологические возможности при производстве постоянных магнитов на основе железа и повысить эффективность их использования в различных областях современной техники.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, включающий выплавку исходного соединения, содержащего неодим, диспрозий, железо и бор, приготовление порошка, прессование заготовок в магнитном поле, их спекание и термообработку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем создания в магнитах регулируемого распределения напряженности магнитного поля, выплавку исходного соединения осуществляют с содержанием железа на 0,1 2,0 мас. выше стехиометрического, дополнительно выплавляют вспомогательное соединение с содержанием железа на 2 5 мас. ниже стехиометрического, приготавливают из него порошок, прессуют заготовки, а в процессе спекания обеспечивают контактирование спрессованных заготовок из исходного и вспомогательного соединений. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности магнитных свойств получаемых магнитов, контактирование заготовок из исходного и вспомогательного соединений осуществляют по двум противолежащим поверхностям заготовки из исходного соединения. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед контактированием спрессованные заготовки вспомогательного соединения предварительно спекают.

РИСУНКИ

Рисунок 1