Способ изготовления коррозионностойких постоянных магнитов

Авторы патента:

Гореликов Евгений Сергеевич (RU)

Тарасов Вадим Петрович (RU)

Наливайко Антон Юрьевич (RU)

Криволапова Ольга Николаевна (RU)

Кутепов Александр Владимирович (RU)

H01F1/057 - Магниты; индуктивности; трансформаторы; выбор материалов, обеспечивающих магнитные свойства (керамические составы на основе ферритов C04B 35/26; сплавы C22C; термомагнитные приборы H01L 37/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры или подобные акустические электромеханические преобразователи H04R)

C23F15/00 - Прочие способы предотвращения коррозии или отложения накипи

C23C24/00 - Способы покрытия с использованием неорганического порошка (распыление покрывающего материала в расплавленном состоянии C23C 4/00; диффузия в твердом состоянии C23C 8/00-C23C 12/00; изготовление составных слоистых материалов, заготовок или изделий с использованием металлических порошков путем спекания порошка B22F 7/00, сварка трением B23K 20/12)

B22F3/24 - последующая обработка заготовок или изделий

Владельцы патента RU 2693887:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к изготовлению постоянных магнитов на основе сплавов Nd-Fe-B. Способ включает прессование заготовок, их механическую обработку, нанесение на поверхность слоя алюминия толщиной 10-15 мкм холодным газодинамическим напылением и термообработку в расплаве солей с последующим охлаждением. Обеспечивается повышение коррозионной стойкости постоянных магнитов Nd-Fe-B. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления постоянных магнитов из сплавов Nd-Fe-B.

Известен способ изготовления постоянных магнитов из сплавов системы редкоземельный металл (PЗM)-Fe-B, включающий смешивание сплавов с различным содержанием компонентов, их измельчение, прессование в магнитном поле, спекание и термообработку [пат.RU 2117349, кл. H01F 1/00, опубл. 10.08.1998].

Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость получаемых постоянных магнитов.

Известен способ изготовления постоянных магнитов, включающий нанесение оксидного антикоррозионного покрытия на поверхность магнитов. После окончательной механической обработки заготовок магнитов их поверхность покрывают алкоголятом металла с его последующим термическим разложением, в результате чего на поверхности магнитов образуется антикоррозионный слой, [пат.JP В.4.2-37081, кл. H01F 41/02, опубл. 1962].

Недостатком данного способа является низкая коррозионная стойкость получаемых постоянных магнитов при относительной влажности воздуха равной 100% и в условиях солевого тумана, что связано с разрушением оксидного антикоррозионного покрытия в результате его взаимодействия с влагой воздуха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ изготовления постоянных магнитов, включающий прессование заготовок, их спекание, механическую обработку, выдержку в течение 5-10 минут в металлическом расплаве системы Al-Ga-Sn, термообработку в расплаве солей с одновременным нанесением оксидного антикоррозионного покрытия и последующим охлаждением [пат. RU 2115511, кл. B22F 3/24, H01F 1/057 опубл. 20.07.1998].

Недостатками данного способа являются:

- непродолжительная сопротивляемость коррозии (не более 50-60 часов) получаемых постоянных магнитов при относительной влажности воздуха равной 100% и в условиях солевого тумана. Это связано с тем, что единственный компонент металлического расплава (алюминий), служащий для образования промежуточных коррозионно-стойких фаз типа Fe₂Al₅, содержится в расплаве в небольших количествах (не более 5-10%). Остальные элементы расплава (галлий и олово) необходимы только для снижения температуры плавления и повышения вязкости расплава;

- высокая стоимость получаемых постоянных магнитов. Это объясняется необходимостью частого обновления дорогостоящего металлического расплава системы Al-Ga-Sn, поскольку в процессе выдержки в нем заготовок магнитов протекает реакция замещения неодима, что значительно повышает вязкость и температуру плавления расплава.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на повышение коррозионной стойкости постоянных магнитов из сплавов Nd-Fe-B за счет снижения площади коррозии на более 60% при и на более 60% в условиях солевого тумана.

Указанный технический результат достигается тем, что изготовление коррозионностойких постоянных магнитов производят способом, включающем прессование заготовок, их спекание, механическую обработку, нанесение на поверхность заготовок алюминия толщиной 10-15 мкм методом холодного газодинамического напыления, термообработку в расплаве солей с последующим охлаждением.

Высокая коррозионная стойкость постоянных магнитов, изготавливаемых по предложенному способу, достигается путем взаимодействия железа в составе сплава Nd-Fe-B (содержание Fe более 80 ат. %) и алюминия, нанесенного на поверхность заготовки методом холодного газодинамического напыления (далее - ХГДН). В результате данного взаимодействия на всей поверхности заготовки магнита происходит образование соединения Fe₂Al₅, которое при дальнейшей обработке в расплаве солей окисляется с образованием химически инертного соединения FeAl₂O₄, со структурой шпинели. Образующийся защитный слой шпинели химически связан с поверхностью заготовки магнита, что обеспечивает его механическую прочность и хорошую адгезию.

Необходимо отметить, что коррозионная стойкость магнитов напрямую зависит от содержания и распределения по поверхности заготовки образующейся шпинели Fe₂AlO₄. Низкая коррозионная стойкость постоянных магнитов, получаемых по способу, описанному в прототипе, объясняется недостаточным содержанием Fe₂AlO₄ на поверхности магнита после обработки в расплаве солей, что вызвано недостаточным покрытием поверхности заготовки алюминием, необходимым для образования промежуточной фазы Fe₂Al₅.

Образование шпинели (Fe₂AlO₄) на поверхности магнита равномерным слоем значительно повышает антикоррозионные свойства постоянных магнитов не только в атмосфере воздуха, но и в агрессивных средах (щелочные и кислотные испарения, солевой туман).

Таким образом, техническим результатом, достижение которого обеспечивается совокупностью существенных признаков, является повышение коррозионной стойкости постоянных магнитов, за счет создания на их поверхности защитного слоя шпинели FeAl₂O₄.

При этом метод ХГДН, основанный на диффузионном внедрении частиц порошка напыляемого материала, направляемого из распылителя на напыляемую поверхность потоком воздуха со сверхзвуковой скоростью, в отличие от обработки расплавом позволяет полностью покрыть поверхность заготовки тонким слоем алюминия, и как следствие, слоем соединения Fe₂Al₅. Неодим и бор, содержащиеся в сплаве, при этом окисляются, а образовавшиеся оксиды уносятся потоком воздуха. При обработке расплавом же происходит вымывание всех основных компонентов магнитного материала.

Не исключено, что при достаточно долгой обработке заготовок магнитов в металлическом расплаве по способу, описанному в прототипе, возможно полностью покрыть поверхность заготовки тонким слоем соединения Fe₂Al₅. Однако, уже после 10-15 минут выдержки заготовок магнитов в расплаве происходит увеличение вязкости расплава из-за образования в нем различных интерметаллидов вследствие растворения компонентов материала магнита в расплаве, что приводит к необходимости замены последнего.

Толщина напыляемого слоя алюминия определяется следующими факторами:

- при недостаточной толщине слоя алюминия его количества не хватит для протекания химического взаимодействия с образованием промежуточного соединения Fe₂Al₅ и последующего образования шпинели FeAl₂O_4,

- при избыточной толщине слоя алюминия будет протекать побочная реакция окисления алюминия с образованием на его внешней поверхности пористой и высокогигроскопичной γ-модификации оксида алюминия (γ-Al₂O₃), что приведет к снижению коррозионной стойкости магнитов за счет возможного контакта незащищенной антикоррозионным слоем поверхности магнита с влагой.

Важным достоинством данного способа изготовления коррозионностойких постоянных магнитов является то, что он не зависит от способов и режимов выполнения операций прессования заготовок, их спекания и механической обработки, поскольку, нанесение методом ХГДН слоя алюминия толщиной 10-15 мкм может быть произведено на любой образец спеченного магнитного материала на основе сплава Nd-Fe-B, который был механически обработан в необходимые размеры до операции термической обработки.

Пример практического осуществления:

Заготовки из сплава состава: 32% Nd, 2,5% Dy, 3% Со, 1,2% В, 0,4% Al, Fe -остат.прессовали в среде аргона на установке сухого прессования ЕАЖИ.55.175.00.000 в ориентирующем магнитном поле с напряженностью 1250 кА/м. при удельном давлении прессования 45 МПа. Размеры спрессованных заготовок составляли 24×24×8 мм.

Спрессованные заготовки спекались в вакуумной печи СНВЭ-2.4.2 при остаточном давлении не более 0,1 Па и температуре 1130°С в течении 40 минут.

Спеченные образцы шлифовали на плоскошлифовальном станках 3Е711 с использованием алмазного круга А2 28/20 для придания габаритных размеров 5×10×10 мм с отклонениями не более 0,1 мм. В качестве СОЖ использовалась 10%-ная водная эмульсия на основе эмульсола Т.

После механической обработки проводили подготовку к термообработке в расплаве солей по двум вариантам.

По первому варианту (известный способ) заготовки выдерживали в металлическом расплаве, содержащем 5% алюминия, 10% галлия и 75% олова, при температуре 580°С в течение 7 минут. Затем заготовки магнитов переносили в расплав двухромовокислого калия (К₂Сr₂О₇), также находящийся при 580°С и выдерживали в нем 38 мин, после чего заготовки переносили в емкость с водой комнатной температуры для быстрого охлаждения. Весь процесс термообработки проводили в корундовых тиглях в печи ИСВ-0,04 на открытом воздухе. Общее время термообработки составляло 45 минут.

По второму варианту (предлагаемый способ) на заготовки методом ХГДН наносили слой алюминия толщиной от 5 до 20 мкм, величину которого контролировали толщиномером покрытий ТМ-4. Для нанесения слоя алюминия использовали установку "Димет - 405" и порошок алюминия А-20-11. Давление воздуха на входе в сопло установки составляло 3 атм. Затем покрытые алюминием заготовки магнитов помещали в расплав двухромовокислого калия (К₂Сr₂О₇), находящийся при 580°С и выдерживали в нем 45 мин, после чего заготовки переносили в емкость с водой для быстрого охлаждения до комнатной температуры. Весь процесс термообработки проводили в корундовом тигле в печи ИСВ-0,04. на открытом воздухе. Общее время термообработки по второму варианту, как и по первому варианту, составляло 45 минут.

На термообработанных заготовках измеряли магнитные параметры и проводили определение фазового состава их поверхности. После этого магниты подвергали стандартным испытаниям на коррозионную стойкость при относительной влажности воздуха равной 100% и в условиях солевого тумана. Время выдержки заготовок магнитов составляло 100 ч. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что постоянные магниты, изготовленные по предложенному способу, при практически идентичных магнитных параметрах имеют более высокую стойкостью к коррозии в сравнении с постоянными магнитами, полученных по способу, описанному в прототипе.

При этом оптимальная толщина наносимого слоя алюминия находится в интервале 5-10 мкм. При толщине слоя алюминия менее 5 мкм, количество образующейся шпинели недостаточно для создания сплошного покрытия на поверхности магнитов, что вызывает снижение их коррозионной стойкости. При толщине слоя алюминия более 15 мкм, поверхностный слой магнитов состоит из γ-модификации оксида алюминия (γ-Аl₂О₃), который аккумулирует атмосферную влагу на поверхности магнитов, что также снижает их коррозионную стойкость.

Способ изготовления коррозионностойких постоянных магнитов Nd-Fe-B, включающий прессование заготовок, их спекание, механическую обработку и термообработку в расплаве солей с последующим охлаждением, отличающийся тем, что перед термообработкой заготовок в расплаве солей на их поверхность наносят слой алюминия толщиной 10-15 мкм холодным газодинамическим напылением.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству изотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрической аппаратуры, работающей во вращающемся магнитном поле.

Способ изготовления листа из текстурированной электротехнической стали // 2692136

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения и стабилизации магнитных свойств стальной лист выдерживают в температурном диапазоне 1000°C или более и 1120°C или менее в течение 200 сек или менее, и затем выдерживают в температурном диапазоне 650°C или выше и 1000°C или ниже в течение 200 сек или менее при отжиге до конечной холодной прокатки, и количество Al в выделениях после отжига до конечной холодной прокатки ограничивается 50% или более общего количества Al, содержащегося в стальном слябе.

Шихта для получения термостабильных магнитных сплавов с редкоземельными металлами на основе системы nd-fe-b // 2690867

Изобретение относится к производству сплавов для постоянных магнитов, может быть использовано для изготовления высокоэнергетических постоянных магнитов системы (Nd, Pr)-Fe-B.

Обрабатывающий раствор для получения изоляционного покрытия и способ изготовления металла, имеющего изоляционное покрытие // 2689353

Предлагается обрабатывающий раствор для получения изоляционного покрытия, при использовании которого может быть получено изоляционное покрытие, обладающее превосходными изолирующими и адгезионными свойствами.

Лист из текстурированной электротехнической стали и способ его изготовления // 2689170

Изобретение относится к листу из текстурированной электротехнической стали. Описан лист из текстурированной электротехнической стали, имеющий покрытие на своей поверхности, причём покрытие имеет комплексный модуль упругости от 60 до 95 ГПа и толщину плёнки 1,0 мкм или более и 3,5 мкм или менее и натяжение, создаваемое покрытием, на листе из текстурированной электротехнической стали составляет 6,0 МПа или более и 18,0 МПа или менее, и покрытие получено из раствора, содержащего по меньшей мере один фосфат, выбранный из фосфатов Mg, Al, Ca и Sr, и содержит 50-150 мас.

Магнитоупругие резонаторные маркеры в формате ленты // 2689118

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в расширении арсенала технических средств, в возможности идентификации и определения местоположения объектов спрятанных от обзора.

Электротехнический стальной лист с направленной кристаллизацией и способ для его производства // 2688982

Изобретение относится к электротехническому стальному листу с направленной кристаллизацией, имеющему изоляционное покрытие, и к способу его изготовления. Электротехнический стальной лист имеет изоляционное покрытие, содержащее первый фосфат металла, который является фосфатом одного или более металлов, выбираемых из Al, Fe, Mg, Mn, Ni и Zn, второй фосфат металла, который является фосфатом одного или более металлов, выбираемых из Co, Mo, V, W и Zr, и коллоидный кремнезем.

Лист из текстурированной электротехнической стали и способ его изготовления // 2688348

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения магнитных свойств стального листа способ включает нагрев стального сляба до 1000-1300°C, горячую прокатку сляба, отжиг, однократную или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом, обезуглероживание и отжиг первичной рекристаллизации, нанесение отжигового сепаратора, состоящего из MgO и 2,0 - 15,0 мас.% сульфата магния, отжиг вторичной рекристаллизации, дополнительный выравнивающий отжиг при 830°C или выше в атмосфере с парциальным давлением H2 0,3% или более, при этом получают лист из текстурированной электротехнической стали, содержащей, мас.%: С 0,005 или менее, Si 2,0 - 4,5 и Mn 0,5 или менее, а также Sb и P в соответствующих диапазонах, удовлетворяющих: 0,01≤[Sb]≤0,20 и 0,02≤[P]≤2,0×[Sb], остальное Fe и случайные примеси, причем при возбуждении стального листа до 1,0 Тл при 50 Гц в направлении, поперечном направлению прокатки, намагничивающая сила (TD-H10) и потери в железе (TD-W10) составляют соответственно (TD-H10)≥200 А/м и (TD-W10)≥1,60 Вт/кг.

Листовое изделие из электротехнической стали с ориентированной структурой, содержащее изолирующее покрытие // 2688069

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения электрической изоляции основного металлического материала и придания ему химической и термической стойкости листовое изделие из электротехнической стали с ориентированной структурой содержит слой изолирующего покрытия, наносимый на по меньшей мере одну поверхность данного листового изделия, при этом данное изолирующее покрытие включает матрицу, содержащую фосфат и диоксид кремния.

Способ изготовления листа из оловосодержащей нетекстурированной кремнистой стали, полученный стальной лист и его применение // 2687783

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению листа из нетекстурированной Fe-Si стали. Для улучшения магнитных свойств стали способ включает стадии плавления стали, содержащей в мас.%: C ≤ 0,006, 2,0 ≤ Si ≤ 5,0, 0,1 ≤ Al ≤ 3,0, 0,1 ≤ Mn ≤ 3,0, N ≤ 0,006, 0,04 ≤ Sn ≤ 0,2, S ≤ 0,005, P ≤ 0,2, Ti ≤ 0,01, остальное Fe и неизбежные примеси, отливки указанного расплава в сляб, повторного нагрева указанного сляба, горячей прокатки указанного сляба, намотки указанной горячекатаной стали, необязательного отжига горячекатаной стали, холодной прокатки, отжига и охлаждения холоднокатаной стали до комнатной температуры.

Способ стабилизации железных археологических предметов в ультразвуковом поле // 2677442

Изобретение относится к области стабилизации активной коррозии металлических изделий, в частности археологических находок из железа и его сплавов, и может быть использовано в археологии и музейном деле.

Устройство для защиты от образования отложений на поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения // 2635591

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и образования отложений на поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения и водоснабжения. Устройство включает циркуляционный насос, сообщенный через соединительный трубопровод с котлом, трубопровод подачи воды, обратный трубопровод тепловой сети, гидравлически сообщенные между собой, блок обработки жидкости и генераторный блок, электрически и независимо соединенный с циркуляционным насосом, блоком обработки жидкости и котлом, при этом в качестве генераторного блока использован источник переменного трехфазного напряжения, создающий переменное напряжение в резонансном звуковом диапазоне частот 32-35 кГц, а на соединительном трубопроводе, выполненном из диамагнитного материала, установлен блок обработки жидкости в виде цилиндрического немагнитного корпуса, имеющего внутри магнитострикционный источник ультразвуковых колебаний, а снаружи - с осевым сквозным отверстием дополнительный корпус из диамагнитного материала с электромагнитной системой, состоящей из магнитопровода, выполненного в виде нескольких ферритовых колец, установленных друг от друга на расстоянии, не допускающем перекрытия вращающихся магнитных полей, причем на каждом из ферритовых колец расположена катушка из не менее трех обмоток с выводами, подключенными по схеме «звезда», а сами катушки соединены параллельно и подключены к генераторному блоку, при этом корпус с электромагнитной системой заполнен компаундом.

Способ защиты от коррозии сменного инструмента, изготовленного из разнородных металлов // 2612118

Изобретение относится к области судостроения, в частности к технологии защиты сменного инструмента, изготовленного из разнородных металлов, работающего в морской воде, от контактной и электрохимической коррозии.

Способ и устройство для обработки потоков углеводородов // 2566820

Изобретение относится к способу обработки потока углеводородов, включающему: прохождение углеводородного потока через емкость для обработки углеводородов; нагревание, по меньшей мере, части внутренней поверхности емкости до предварительно заданной температуры, составляющей 400°C или выше в течение 300 часов или более; выявление зон внутренней поверхности емкости для обработки углеводородов, которая поддерживается при предварительно заданной температуре и подвержена воздействию хлоридов с концентрацией более 1 ч./млн; контроль сенсибилизации и коррозийного растрескивания под напряжением в среде хлоридов, которые происходят в подверженной воздействию хлоридов зоне емкости для обработки углеводородов, путем выполнения указанной части внутренней поверхности емкости для обработки углеводородов из новой аустенитной нержавеющей стали, содержащей 0,005-0,020 мас.% углерода, 10-30 мас.% никеля, 15-24 мас.% хрома, 0,20-0,50 мас.% ниобия, 0,06-0,10 мас.% азота, до 5% меди и 1,0-7 мас.% молибдена, а других зон из другого материала для ограничения сенсибилизации и коррозийного растрескивания под напряжением в среде хлоридов, подверженных воздействию хлоридов зон внутренней поверхности.

Устройство для предотвращения коррозии // 2547067

Устройство относится к области подавления коррозии и защиты от коррозии металлических объектов, в том числе конструкций и сооружений, а также трубопроводов, транспортирующих жидкие и газообразные вещества.

Способ обработки жидкости и устройство для его реализации // 2545278

Изобретение относится к электростатической обработке жидкостей и изменению свойств жидкости, формированию центров кристаллизации или коагуляции. Способ обработки жидкости заключается в электростатическом воздействии через центральный электрод 8 сдвоенного конденсатора, имеющий контакт с жидкостью и не имеющий непосредственного подключения к источнику питания.

Способ антикоррозионной защиты внутренней и внешней поверхностей металлических трубопроводов наложением переменного тока // 2533467

Изобретение относится к антикоррозионной защите металлических трубопроводов для предотвращения коррозионного разрушения их внутренних и наружных поверхностей и может быть использовано в нефтегазовой промышленности, сфере коммунального хозяйства для снижения аварийности при эксплуатации трубопроводов, транспортирующих коррозионно-активные вещества, проложенных подземным, наземным и надземным способом.

Способ обработки поверхности стали // 2514233

Изобретение относится к способу обработки поверхности стали. Осуществляют подготовку поверхности путем очистки от окалины и обработку лазерным лучом.

Способ защиты напорных нефтепроводов от внутренней коррозии // 2493481

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может использоваться при защите от внутренней коррозии трубопроводов системы сбора нефти с высокой обводненностью на поздней стадии разработки нефтяного месторождения.

Способ контроля защиты от коррозии в силовой установке // 2485215

Изобретение относится к области защиты от коррозии металлических материалов. .

Наплавленное покрытие с карбидом титана и способ его изготовления // 2682738

Изобретение относится к способу получения наплавленного покрытия на подложке (варианты), материалу для получения наплавленного покрытия (варианты) и наплавленному на подложку покрытию(варианты).