RU2601149C1 - Method for producing permanent magnets on the basis of rare-earth metals alloys with iron and nitrogen - Google Patents
Method for producing permanent magnets on the basis of rare-earth metals alloys with iron and nitrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601149C1 RU2601149C1 RU2015130588/07A RU2015130588A RU2601149C1 RU 2601149 C1 RU2601149 C1 RU 2601149C1 RU 2015130588/07 A RU2015130588/07 A RU 2015130588/07A RU 2015130588 A RU2015130588 A RU 2015130588A RU 2601149 C1 RU2601149 C1 RU 2601149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- magnetic material
- zinc
- nitrogen
- rare
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/047—Alloys characterised by their composition
- H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
- H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
- H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/06—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
- H01F1/08—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления постоянных магнитов из магнитотвердых материалов на основе соединений редкоземельных металлов, и может быть использовано в электротехнической, автомобильной, приборостроительной и других областях промышленности.The invention relates to powder metallurgy, and in particular to methods of manufacturing permanent magnets from hard magnetic materials based on rare-earth metal compounds, and can be used in the electrical, automotive, instrument-making and other industries.
В настоящее время известны четыре основных типа магнитотвердых материалов на основе соединений редкоземельных металлов: SmCo5, Sm2Co17, Nd2Fe14B и Sm2Fe17N3. Особенностью магнитотвердых материалов на основе соединения Sm2Fe17N3 является их низкая температурная стойкость, обусловленная протеканием реакции разложения (Sm2Fe17N3→2SmN+Fe4N+13Fe) при температурах выше 450°C [Попович А.А. Особенности азотирования магнитотвердого материала Sm2Fe17 / А.А. Попович, Н.Г Разумов, Т.А. Попович // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического ун-та. - 2013. - №3 (178) - С. 206-215]. Это делает невозможным использование для данных материалов стандартной технологии изготовления редкоземельных магнитов, а именно получение мелкодисперсного порошка магнитного материала, его формование и спекание в вакууме при температурах 1100°-1200°C. Поэтому практически единственным способом получения постоянных магнитов из порошков магнитных материалов Sm2Fe17N3 является их формование с добавлением полимерной или металлической связки.Currently, four main types of magnetically hard materials based on rare-earth metal compounds are known: SmCo 5 , Sm 2 Co 17 , Nd 2 Fe 14 B and Sm 2 Fe 17 N 3 . A feature of magnetically hard materials based on the Sm 2 Fe 17 N 3 compound is their low temperature resistance due to the decomposition reaction (Sm 2 Fe 17 N 3 → 2SmN + Fe 4 N + 13Fe) at temperatures above 450 ° C [A. Popovich Features of nitriding of hard magnetic material Sm 2 Fe 17 / A.A. Popovich, N.G. Razumov, T.A. Popovich // Scientific and technical statements of the St. Petersburg State Polytechnic University. - 2013. - No. 3 (178) - S. 206-215]. This makes it impossible to use standard technology for the production of rare-earth magnets for these materials, namely, the production of finely dispersed powder of magnetic material, its molding and sintering in vacuum at temperatures of 1100 ° -1200 ° C. Therefore, almost the only way to obtain permanent magnets from powders of magnetic materials Sm 2 Fe 17 N 3 is their molding with the addition of a polymer or metal binder.
При этом наиболее привлекательной металлической связкой является цинк, поскольку, с одной стороны, он имеет небольшую температуру плавления 420°C, а с другой стороны, при температурах выше 430°C способен образовывать на границах частиц порошка Sm2Fe17N3 интерметаллические соединения с железом (образующимся при частичном разложении материала), которые в несколько раз повышает коэрцитивную силу по намагниченности jHc.The most attractive metal binder is zinc, because, on the one hand, it has a low melting point of 420 ° C, and on the other hand, at temperatures above 430 ° C it is able to form intermetallic compounds at the particle boundaries of the powder Sm 2 Fe 17 N 3 iron (formed during partial decomposition of the material), which increases the coercive force by magnetization jHc several times.
Известен способ получения магнитов из материала Sm2Fe17N3, в соответствии с которым 100 частей порошка материала Sm2Fe17N3 смешиваются с 2-20 частями порошка Zn и нагреваются в течении 2 часов при температурах 350-500°C в атмосфере азота. После этого обработанный цинком порошок магнитного материала смешивается с полимерным связующим на основе полиамидных смол (в объемном соотношении 40:60), нагревается до 220°C и подвергается формованию, механической обработке и намагничиванию. Полученные таким способом образцы магнитов имеют коэрцитивную силу jHc до 1920 кА/м (24 кЭ) и остаточную индукцию Br до 0,61 Тл. [Патент Японии №3800589, МПК H01F 1/053. Порошкообразный магнитный материал на основе SmFeN и магнит, изготовленный из такого материала / Куме Мичия; патентообл. Ничия Хим. Пром. Лимитед - №200106673; заявл. 09.03.2001; опубл. 26.07.2006, Бюл. ИСМ. - 2007. - В. 101. - №7. - С. 26.].A known method of producing magnets from the material Sm 2 Fe 17 N 3 , in accordance with which 100 parts of the powder material Sm 2 Fe 17 N 3 are mixed with 2-20 parts of Zn powder and heated for 2 hours at temperatures of 350-500 ° C in the atmosphere nitrogen. After that, the zinc-treated powder of the magnetic material is mixed with a polymer binder based on polyamide resins (in a volume ratio of 40:60), heated to 220 ° C and subjected to molding, machining and magnetization. Magnet samples obtained in this way have a coercive force jHc up to 1920 kA / m (24 kOe) and a residual induction Br up to 0.61 T. [Japan Patent No. 3800589, IPC H01F 1/053. Powdered magnetic material based on SmFeN and a magnet made of such material / Kume Michia; patented Nichiya Chem. Prom. Limited - No.200106673; declared 03/09/2001; publ. July 26, 2006, Bull. ISM. - 2007. - V. 101. - No. 7. - S. 26.].
Недостатком данного способа является очень низкая остаточная индукция магнитов Br, поскольку эффективное взаимодействие цинка и железа начинается выше 430°C, при котором уже частично идет распад магнитного материала Sm2Fe17N3. При этом процесс разложения магнитного материала идет равномерно по всему объему его частиц, в то время как взаимодействие цинка с продуктами разложения идет только на их границах. Кроме того, более 50% объема магнита занимает немагнитная полимерная связка, что также снижает их остаточную индукцию Br.The disadvantage of this method is the very low residual induction of Br magnets, since the effective interaction of zinc and iron begins above 430 ° C, at which the magnetic material Sm 2 Fe 17 N 3 partially decays. In this case, the process of decomposition of the magnetic material proceeds uniformly throughout the entire volume of its particles, while the interaction of zinc with the decomposition products occurs only at their boundaries. In addition, more than 50% of the volume of the magnet is occupied by a non-magnetic polymer bond, which also reduces their residual induction Br.
Наиболее близким к предлагаемому способу изготовления магнитов является способ изготовления магнитов типа Sm2Fe17-N с металлической связкой. В соответствии с ним порошки магнитного материала на основе соединения Sm2Fe17N3 смешивают с порошком цинка (около 20% мас.) и подвергают горячему прессованию в атмосфере азота при температурах 160-450°C и давление прессования до 6,2 МПа (900 psi). [Huang М.Q. Metal-bonded Sm2Fe17-N- type magnets / M.Q. Huang, L., Y. Zhang, В.M., Ma, Y. Zheng, J.M. Elbicki, W.E. Wallace, S.G. Sankar // Journal of Applied Physics. - 1991. - Vol. 70. - Iss. 10. - P. 6027-2029 - прототип] (Магниты типа Sm2Fe17-N- на металлической связке. / М.К. Хуанг и др. // Журнал прикладная физика. - 1991. - Т. 70. - Вып. 10. - С. 6027-2029).Closest to the proposed method for the manufacture of magnets is a method of manufacturing magnets such as Sm 2 Fe 17 -N with a metal bond. In accordance with it, powders of magnetic material based on the compound Sm 2 Fe 17 N 3 are mixed with zinc powder (about 20% wt.) And subjected to hot pressing in a nitrogen atmosphere at temperatures of 160-450 ° C and a pressing pressure of up to 6.2 MPa ( 900 psi). [Huang M.Q. Metal-bonded Sm 2 Fe 17 -N-type magnets / MQ Huang, L., Y. Zhang, B.M., Ma, Y. Zheng, JM Elbicki, WE Wallace, SG Sankar // Journal of Applied Physics. - 1991. - Vol. 70. - Iss. 10. - P. 6027-2029 - prototype] (Magnets of the type Sm 2 Fe 17 -N- on a metal bond. / MK Huang et al. // Journal of Applied Physics. - 1991. - T. 70. - Issue 10. - S. 6027-2029).
Однако при достигнутой плотности 6,7 г/см3 и коэрцитивной силе jHc 1360 кА/м (17 кЭ), остаточная индукция Br полученных образцов не превышает 0,84 Тл, а максимальное энергетическое произведение (ВН)мах составляет менее 88 кДж/м3 (11 МГсЭ), поскольку для получения более высокой плотности магнитов требуются значительное (до 100 МПа) давление прессования.However, at a achieved density of 6.7 g / cm 3 and a coercive force jHc of 1360 kA / m (17 kOe), the residual Br induction of the samples obtained does not exceed 0.84 T, and the maximum energy product (HV) max is less than 88 kJ / m 3 (11 MGsE), since to obtain a higher density of magnets significant (up to 100 MPa) pressing pressure is required.
Однако применение таких высоких давлений при горячем прессовании в защитной атмосфере требует применение специального прессового оборудования, отличающегося низкой производительностью, и дорогостоящей прессовой оснастки.However, the use of such high pressures during hot pressing in a protective atmosphere requires the use of special press equipment, characterized by low productivity, and expensive press tooling.
Другими недостатками данного способа являются:Other disadvantages of this method are:
- необходимость поддержания температурного режима прессования с высокой точностью;- the need to maintain the temperature regime of pressing with high accuracy;
- необходимость прогревать весь объем магнитного материала до температуры, близкой к критической (450°C);- the need to warm the entire volume of magnetic material to a temperature close to critical (450 ° C);
- низкий выход годных изделий, вызванный частичным разложением магнитного материала из-за необходимости прогревать прессовку по всему объему. При этом в центре прессовки температура оказывается ниже той, что необходима для эффективной диффузии цинка в магнитный материал и продукты его разложения, а в поверхностном слое прессовки температура оказывается несколько выше температуры разложения Sm2Fe17N3, что вызывает вспучивание и отслаивание поверхностных слоев магнитов;- low yield, caused by partial decomposition of the magnetic material due to the need to heat the compact throughout the volume. In this case, the temperature in the pressing center is lower than that necessary for effective diffusion of zinc into the magnetic material and its decomposition products, and in the surface layer of the pressing, the temperature is slightly higher than the decomposition temperature of Sm 2 Fe 17 N 3 , which causes swelling and peeling of the surface layers of magnets ;
- низкая остаточная индукция Br магнитов из-за их низкой плотности и необходимости поддержания высокого содержания цинка, необходимого для связывания частиц магнитного материала и продуктов его разложения, поскольку наличие свободного железа, образовавшегося при разложении материала, резко снижает коэрцитивную силу jHc.- low residual induction of Br magnets due to their low density and the need to maintain a high zinc content necessary for bonding the particles of the magnetic material and its decomposition products, since the presence of free iron formed during the decomposition of the material sharply reduces the coercive force jHc.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении магнитных характеристик магнитов.The technical problem, which is aimed by the invention, is to increase the magnetic characteristics of the magnets.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов с железом и азотом, включающем изготовление порошка магнитного материала, смешивание его с порошком цинка, компактирование и намагничивание, согласно предложенному изобретению компактирование смеси порошков магнитного материала и цинка осуществляют посредством холодного газодинамического напыления их в струе азота, нагретого до температуры газа от 170°C до 240°C, при давлении от 4 атм до 7 атм.The stated technical problem is solved by the fact that in the method of producing permanent magnets based on rare-earth metal alloys with iron and nitrogen, comprising manufacturing a powder of magnetic material, mixing it with zinc powder, compacting and magnetizing, according to the invention, the mixture of powders of magnetic material and zinc is compacted by cold gas-dynamic spraying them in a stream of nitrogen, heated to a gas temperature from 170 ° C to 240 ° C, at a pressure of 4 atm to 7 atm.
Кроме того, порошок цинка смешивают с порошком магнитного материала в соотношении от 3% до 12% мас. цинка.In addition, zinc powder is mixed with a powder of magnetic material in a ratio of from 3% to 12% wt. zinc.
Техническим результатом, достижение которого обеспечивается совокупностью существенных признаков формулы изобретения, является повышение магнитных характеристик магнитов (остаточной индукция Br и максимального энергетического произведения (ВН)мах) за счет повышения их плотности, снижения в них содержания цинка при одновременном существенном замедлении процесса разложения магнитного материала из-за отсутствия его нагрева в процессе изготовления магнита до температур, близких к 450°C, как в прототипе. Указанные результаты, за счет которых достигается повышение магнитных характеристик магнитов, - повышение плотности магнитов, снижения в них содержания цинка, существенное замедление процесса разложения магнитного материала - взаимосвязаны и обусловлены одной и той же совокупностью существенных признаков.The technical result, which is achieved by a combination of essential features of the claims, is to increase the magnetic characteristics of the magnets (residual induction Br and maximum energy product (BH) max) by increasing their density, lowering their zinc content while significantly slowing down the process of decomposition of the magnetic material from due to the lack of heating during the manufacture of the magnet to temperatures close to 450 ° C, as in the prototype. The indicated results, due to which an increase in the magnetic characteristics of the magnets is achieved — an increase in the density of the magnets, a decrease in the zinc content in them, a significant slowdown of the decomposition of the magnetic material — are interconnected and are due to the same set of essential features.
Заявленный технический результат достигается вследствие реализации в заявляемом изобретении способа холодного газодинамического напыления при компактировании в отличие от прототипа, в котором использована операции формования (прессования) на подложке смеси порошков магнитного материала и цинка.The claimed technical result is achieved due to the implementation in the claimed invention of a method of cold gas-dynamic spraying during compacting, in contrast to the prototype, which used the operation of molding (pressing) on a substrate of a mixture of powders of magnetic material and zinc.
Способ холодного газодинамического напыления (ХГН) заключается в получении покрытий и изделий из частиц порошка, направляемых на подложку сверхзвуковой струей газа.The method of cold gas-dynamic spraying (CGN) is to obtain coatings and products from powder particles sent to the substrate by a supersonic gas jet.
Главным преимуществом данного метода является отсутствие нагрева частиц порошкового материала в процессе напыления, поскольку деформация, нагрев и расплавление частиц происходит за счет их кинетической энергии только в момент удара и только в поверхностном слое их контакта друг с другом. Фактически, в данном методе реализована идея холодного ударного прессования за счет кинетической энергии частиц напыляемого порошка. При этом кинетическая энергия частиц легко регулируется температурой и скоростью подачи (давлением) транспортирующего газа. [Тушинский Л.П. Пористость и наноструктурные образования в покрытиях, нанесенных методом холодного газодинамического напыления / Л.П. Тушинский, А.П. Алхимов, С.В. Клинков, В.Ф. Косарев и др. // Технология металлов. - 2008. - №3. - С. 19-23].The main advantage of this method is the absence of heating of the particles of the powder material during the deposition process, since the deformation, heating and melting of the particles occurs due to their kinetic energy only at the moment of impact and only in the surface layer of their contact with each other. In fact, this method implements the idea of cold impact pressing due to the kinetic energy of the particles of the sprayed powder. In this case, the kinetic energy of the particles is easily controlled by the temperature and flow rate (pressure) of the transporting gas. [Tushinsky L.P. Porosity and nanostructured formations in coatings deposited by cold gas-dynamic spraying / L.P. Tushinsky, A.P. Alkhimov, S.V. Klinkov, V.F. Kosarev et al. // Technology of metals. - 2008. - No. 3. - S. 19-23].
При этом пористость напыленного материала составляет менее 5%, а толщина подплавленного слоя на частицах со среднем размером 10 мкм не превышает 50 нм, что является вполне достаточным для формирования высококоэрцитивного слоя вокруг частиц порошка магнитного материала [Тушинский Л.П. Пористость и наноструктурные образования в покрытиях, нанесенных методом холодного газодинамического напыления / Л.П. Тушинский, А.П. Алхимов, С.В. Клинков, В.Ф. Косарев и др. // Технология металлов. - 2008. - №3. - С. 19-23].Moreover, the porosity of the deposited material is less than 5%, and the thickness of the melted layer on particles with an average size of 10 μm does not exceed 50 nm, which is quite sufficient for the formation of a highly coercive layer around the particles of the powder of magnetic material [Tushinsky L.P. Porosity and nanostructured formations in coatings deposited by cold gas-dynamic spraying / L.P. Tushinsky, A.P. Alkhimov, S.V. Klinkov, V.F. Kosarev et al. // Technology of metals. - 2008. - No. 3. - S. 19-23].
Кроме того, образующийся в месте контакта частиц подплавленный (диффузионный) слой обеспечивает высокую прочность их соединения между собой, что позволяет не только повысить плотность магнитов, но и снизить содержание цинка в смеси с магнитным материалом до 5-8% и соответственно повысить магнитные характеристики изготавливаемых магнитов (остаточную индукцию Br и максимальное энергетическое произведение (ВН)мах).In addition, the submelted (diffusion) layer formed at the particle contact site provides high strength of their bonding with each other, which allows not only to increase the density of magnets, but also to reduce the zinc content in the mixture with magnetic material to 5-8% and, accordingly, increase the magnetic characteristics of the manufactured magnets (residual induction Br and maximum energy product (HV) max).
Способ ХГН обладает высокой производительностью. Так, установка «Димет-405» при массе менее 16 кг имеет производительность по порошку до 8 г/мин, что составляет более 1,5 тонн в год при двухсменном режиме работы. При этом установка работает в автоматическом режиме и требует минимального обслуживания со стороны оператора.The CGN method has high performance. So, the Dimet-405 installation with a mass of less than 16 kg has a powder capacity of up to 8 g / min, which is more than 1.5 tons per year with a two-shift operation. Moreover, the installation operates in automatic mode and requires minimal maintenance by the operator.
Напыление порошка магнитного материала можно проводить на тонкую цинковую подложку из цинковой фольги (по ГОСТ 18846) или непосредственно на магнитопроводы электрических машин (статоры, роторы и т.д.). В первом случае фольга может быть удалена механически в процессе размерной обработки магнитов, а может и быть оставлена вместе с магнитом, улучшая его антикоррозионные свойства. В последнем случае обработку в окончательные размеры проводят совместно с магнитопроводом.The powder of the magnetic material can be sprayed onto a thin zinc substrate made of zinc foil (according to GOST 18846) or directly onto the magnetic circuits of electrical machines (stators, rotors, etc.). In the first case, the foil can be removed mechanically during the dimensional processing of the magnets, or it can be left with the magnet, improving its anticorrosion properties. In the latter case, processing to the final dimensions is carried out together with the magnetic circuit.
Толщина изготавливаемого магнита (напыляемого слоя) регулируется длительностью процесса напыления.The thickness of the manufactured magnet (sprayed layer) is controlled by the duration of the spraying process.
Данным способом можно получать как изотропные, так и анизотропные магниты. Во втором случае напыляемая подложка располагается в текстурирующем магнитном поле. Причем при напылении практически не происходит механической разориентации частиц порошка магнитного материала, которая так характерна для технологии прессования магнитных порошков при больших давлениях. Более того, возникающие при высоких скоростях движения частиц порошка магнитного материала сила дополнительного магнитного взаимодействия с текстурирующим магнитным полем позволяет снизить его напряженность.Using this method, it is possible to obtain both isotropic and anisotropic magnets. In the second case, the sprayed substrate is located in a texturing magnetic field. Moreover, during sputtering, there is practically no mechanical disorientation of the particles of the powder of the magnetic material, which is so characteristic of the technology of pressing magnetic powders at high pressures. Moreover, the strength of the additional magnetic interaction with the texturing magnetic field that occurs at high speeds of particles of the powder of the magnetic material can reduce its intensity.
В качестве транспортирующего газа предпочтительнее всего использовать азот, поскольку он замедляет процесс разложения магнитного материала за счет дополнительного азотирования продуктов его разложения.It is most preferable to use nitrogen as the transporting gas, since it slows down the decomposition of the magnetic material due to the additional nitriding of its decomposition products.
Пример:Example:
Магнитный материал Sm2Fe17N3 был изготовлен выплавкой первоначального сплава Sm2Fe17 в индукционной печи в атмосфере аргона. Далее сплав гомогенизировали в вакууме при температуре 1000°C в течение 36 часов для растворения образовавшегося в нем магнитомягкой фазы γ-Fe. Далее сплав дробили до порошка с размером частиц 5-10 мкм в вибрационной мельнице в среде изопропилового спирта, после чего полученный порошок сплава Sm2Fe17 азотировали в течение 12 часов при температуре 440°C в атмосфере аммиака при его избыточном давлении 0,1-0,3 атм.The magnetic material Sm 2 Fe 17 N 3 was produced by smelting the initial alloy Sm 2 Fe 17 in an induction furnace in an argon atmosphere. The alloy was then homogenized in vacuum at a temperature of 1000 ° C for 36 hours to dissolve the soft magnetic γ-Fe phase formed in it. Next, the alloy was crushed to a powder with a particle size of 5-10 μm in a vibration mill in the environment of isopropyl alcohol, after which the resulting powder of the Sm 2 Fe 17 alloy was nitrided for 12 hours at a temperature of 440 ° C in an atmosphere of ammonia at an excess pressure of 0.1 0.3 atm.
Изготовленный таким образом порошок магнитного материала Sm2Fe17N3 смешивали с порошком цинка (с размером частиц менее 10 мкм) в различных соотношениях (от 3 до 12% мас.) в течение 30 мин на мельнице УБ-208 в среде азота.The thus obtained powder of magnetic material Sm 2 Fe 17 N 3 was mixed with zinc powder (with a particle size of less than 10 μm) in various ratios (from 3 to 12 wt%) for 30 min in a UB-208 mill in a nitrogen atmosphere.
Из полученной смеси порошков методом газодинамического напыления на установке «Димет-405» в струе технического азота (99%), имеющего температуру 190-210°C, были изготовлены полосы изотропного магнитного материала на подложке из цинковой фольги толщиной 0,09 мм, после чего подложку механически удалили на фрезерном станке.From the obtained mixture of powders by gas-dynamic spraying on a Dimet-405 installation in a stream of technical nitrogen (99%) having a temperature of 190-210 ° C, strips of isotropic magnetic material were made on a 0.09 mm thick zinc foil substrate, after which the substrate was mechanically removed on a milling machine.
Из полос магнитного материала были вырезаны образцы магнитов с размерами 20×10×5 мм, на которых на гистерезисграфе «Пермограф С-300» были определены их магнитные характеристики. Плотность образцов определяли методом гидростатического взвешивания по ГОСТ 20018. Предел прочности на разрыв замеряли на разрывной машине Р-05 по методу.Magnetic samples with dimensions of 20 × 10 × 5 mm were cut from strips of magnetic material, on which their magnetic characteristics were determined on the hysteresograph “Permograph S-300”. The density of the samples was determined by hydrostatic weighing according to GOST 20018. The tensile strength was measured on a tensile testing machine R-05 according to the method.
Результаты всех измерений приведены в таблице 1 «Магнитные и физические свойства образцов магнитов», там же приведены результаты, полученные на образцах, изготовленных по известному способу-прототипу.The results of all measurements are shown in table 1 "Magnetic and physical properties of the samples of magnets", there are also the results obtained on samples made by the known prototype method.
Как видно из таблицы 1, использование способа газодинамического напыления магнитного материала вместо горячего формования позволяет повысить плотность магнитов с 6,7 до 6,9 г/см3. При этом образцы, изготовленные по предложенному способу, имеют более высокие значения остаточной индукции Br и максимального энергетического произведения (ВН)мах при примерно одинаковых механических характеристиках и коэрцитивной силе jHc.As can be seen from table 1, the use of the method of gas-dynamic deposition of magnetic material instead of hot molding can increase the density of magnets from 6.7 to 6.9 g / cm 3 . In this case, the samples manufactured by the proposed method have higher values of the residual induction Br and the maximum energy product (BH) max for approximately the same mechanical characteristics and coercive force jHc.
При уменьшении содержания цинка менее 3 мас. % значительно падают механические свойства магнитов из-за его недостатка как связующего материала, хотя коэрцитивная сила по намагниченности jHc падает незначительно, что свидетельствует о небольших количества образовавшегося в материале железа и отсутствии распада магнитного материала Sm2Fe17N3.With a decrease in zinc content of less than 3 wt. %, the mechanical properties of magnets significantly decrease due to its lack of a binding material, although the coercive force due to magnetization jHc drops insignificantly, which indicates small amounts of iron formed in the material and the absence of decay of the magnetic material Sm 2 Fe 17 N 3 .
При увеличении содержания цинка более 10 мас. % падает значение остаточной индукции Br и максимального энергетического произведения (ВН)мах, точнее эти параметры начинают приближаться к значениям, характерным для магнитов, изготовленных по известному способу.With an increase in zinc content of more than 10 wt. %, the value of the residual induction Br and the maximum energy product (BH) max fall; more precisely, these parameters begin to approach the values characteristic of magnets manufactured by the known method.
При увеличении давления азота в транспортной системе установки ХГДН выше 7 атм падают магнитные характеристики магнитов и, кроме того, происходит вспучивание их поверхности в результате термического разложения магнитного материала, вызванного слишком высокой кинетической энергией соударяющихся частиц порошка.With an increase in the nitrogen pressure in the transport system of the CGDN installation above 7 atm, the magnetic characteristics of the magnets decrease and, in addition, their surface swells as a result of thermal decomposition of the magnetic material caused by too high kinetic energy of the colliding powder particles.
При давлении азота менее 4 атм падает плотность изготавливаемых магнитов и их механические свойства из-за низкой энергии напыляемых частиц, недостаточной для их сцепления между собой, и вследствие этого падают все магнитные параметры, кроме коэрцитивной силы по намагниченности.At a nitrogen pressure of less than 4 atm, the density of the manufactured magnets and their mechanical properties decrease due to the low energy of the sprayed particles, insufficient for their adhesion to each other, and as a result all magnetic parameters fall, except for the coercive force due to magnetization.
Таким образом, меняя режимы ХГН (давление транспортирующего газа) и содержания в магнитном материале цинка в пределах заявляемых интервалов значений, можно регулировать процесс получения постоянных магнитов из материала Sm2Fe17N3, добиваясь необходимого сочетания механических и магнитных параметров.Thus, changing the CGN (pressure of the transporting gas) and the content of zinc in the magnetic material within the claimed ranges of values, it is possible to regulate the process of producing permanent magnets from the material Sm 2 Fe 17 N 3 , achieving the necessary combination of mechanical and magnetic parameters.
Температура азота может находиться в интервале от 170°C до 240°C. Однако уже при температуре 160°C требуется очень высокое давление азота (не менее 10 атм), чтобы обеспечить частицам магнитного материала и цинка кинетическую энергию, достаточную для подплавления их наружного слоя, что приводит к их значительной деформации и механическому разрушению частиц хрупкого магнитного материала. В результате на поверхности и внутри магнитов образуются многочисленные мелкие трещины, и его предел прочности на разрыв падает до 25-28 МПа.The temperature of nitrogen can range from 170 ° C to 240 ° C. However, even at a temperature of 160 ° C, a very high nitrogen pressure (at least 10 atm) is required to provide the particles of magnetic material and zinc with kinetic energy sufficient to melt their outer layer, which leads to their significant deformation and mechanical destruction of the particles of brittle magnetic material. As a result, numerous small cracks form on the surface and inside the magnets, and its tensile strength drops to 25-28 MPa.
С другой стороны, при температуре транспортирующего газа 250°C приходится значительно снижать давление азота (ниже 4 атм), поскольку энергия частиц становится настолько высокой, что приводит к нагреву магнитного материала выше 450°C, что снижает его магнитные характеристики из-за процесса термического разложения.On the other hand, at a temperature of the transporting gas of 250 ° C, it is necessary to significantly reduce the nitrogen pressure (below 4 atm), since the energy of the particles becomes so high that it leads to heating of the magnetic material above 450 ° C, which reduces its magnetic characteristics due to the thermal process decomposition.
При этом плотность получаемых магнитов все равно падает ниже 6,3 г/см3 вследствие недостаточного сцепления частиц порошка, вызванного их низкой кинетической энергией, что приводит к падению магнитных и механических характеристик магнитов. Так, даже при оптимальном содержании цинка в смеси 8%, при температуре азота 250°C и его давлении 4 атм предел прочности на разрыв у образцов составила всего 32-35 МПа, а их остаточная магнитная индукция не превысила 0,72 Тл.In this case, the density of the obtained magnets still drops below 6.3 g / cm 3 due to insufficient adhesion of the powder particles caused by their low kinetic energy, which leads to a decrease in the magnetic and mechanical characteristics of the magnets. So, even with an optimum zinc content of 8%, at a nitrogen temperature of 250 ° C and its pressure of 4 atm, the tensile strength of the samples was only 32-35 MPa, and their residual magnetic induction did not exceed 0.72 T.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015130588/07A RU2601149C1 (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Method for producing permanent magnets on the basis of rare-earth metals alloys with iron and nitrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015130588/07A RU2601149C1 (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Method for producing permanent magnets on the basis of rare-earth metals alloys with iron and nitrogen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2601149C1 true RU2601149C1 (en) | 2016-10-27 |
Family
ID=57216541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015130588/07A RU2601149C1 (en) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Method for producing permanent magnets on the basis of rare-earth metals alloys with iron and nitrogen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2601149C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2639889C1 (en) * | 2016-12-23 | 2017-12-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of producing permanent magnets based on rare-earth metal alloys with iron and nitrogen |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102568731A (en) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 北京工业大学 | High-corrosion-resistance sintered neodymium-iron-boron-based permanent magnet material prepared by doping zinc nano-particles and preparation method thereof |
| EP2760032A1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-07-30 | Yantai Shougang Magnetic Materials Inc. | R-T-B-M-C sintered magnet and manufacturing method thereof |
| RU2525867C1 (en) * | 2013-06-14 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | METHOD TO PRODUCE SINTERED HIGHLY ENERGY-INTENSIVE PERMANENT MAGNET FROM ALLOY BASED ON Nd-Fe-B |
| CN104388951A (en) * | 2014-11-24 | 2015-03-04 | 上海交通大学 | Grain boundary diffusion method for improving properties of sintered NdFeB magnets |
-
2015
- 2015-07-24 RU RU2015130588/07A patent/RU2601149C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102568731A (en) * | 2011-12-31 | 2012-07-11 | 北京工业大学 | High-corrosion-resistance sintered neodymium-iron-boron-based permanent magnet material prepared by doping zinc nano-particles and preparation method thereof |
| EP2760032A1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-07-30 | Yantai Shougang Magnetic Materials Inc. | R-T-B-M-C sintered magnet and manufacturing method thereof |
| RU2525867C1 (en) * | 2013-06-14 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | METHOD TO PRODUCE SINTERED HIGHLY ENERGY-INTENSIVE PERMANENT MAGNET FROM ALLOY BASED ON Nd-Fe-B |
| CN104388951A (en) * | 2014-11-24 | 2015-03-04 | 上海交通大学 | Grain boundary diffusion method for improving properties of sintered NdFeB magnets |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МАГНИТЫ типа Sm2Fe17-N- на металлической связке. / М.К. Хуанг и др. // Журнал прикладная физика. - 1991. - Т. 70. - Вып. 10. - С. 6027-2029. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2639889C1 (en) * | 2016-12-23 | 2017-12-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of producing permanent magnets based on rare-earth metal alloys with iron and nitrogen |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2508279B1 (en) | Powder for magnet | |
| JP6439876B2 (en) | Magnet particle and magnet molded body using the same | |
| EP0239031B1 (en) | Method of manufacturing magnetic powder for a magnetically anisotropic bond magnet | |
| JP6409867B2 (en) | Rare earth permanent magnet | |
| KR101585479B1 (en) | Anisotropic Complex Sintered Magnet Comprising MnBi and Atmospheric Sintering Process for Preparing the Same | |
| CN106384638B (en) | A kind of preparation method of high-performance anisotropy Sm Fe N permanent magnets | |
| WO2011145477A1 (en) | Powder for magnetic member, powder compact, and magnetic member | |
| CN104112559A (en) | R-t-b based sintered magnet | |
| CN104112555B (en) | R-T-B system sintered magnet | |
| CN106920613B (en) | Plate the method that protective layer sintered NdFeB waste material recycles | |
| JP6613730B2 (en) | Rare earth magnet manufacturing method | |
| CN103403821A (en) | Rare-earth bond magnet manufacturing method | |
| WO1999000802A1 (en) | Method of producing laminated permanent magnet | |
| RU2601149C1 (en) | Method for producing permanent magnets on the basis of rare-earth metals alloys with iron and nitrogen | |
| JP6569408B2 (en) | Rare earth permanent magnet | |
| US20160322136A1 (en) | METAL-BONDED RE-Fe-B MAGNETS | |
| JP2007129106A (en) | Rare-earth alloy system binderless magnet and its manufacturing method | |
| US20190006098A1 (en) | Near net shape manufacturing of magnets | |
| CN107464684B (en) | Method for treating sintered magnet | |
| JPH0547528A (en) | Manufacturing method of anisotropical rare earth bonded magnet | |
| JP3848217B2 (en) | Sintered soft magnetic material and manufacturing method thereof | |
| JP2020150262A (en) | R-t-b-based sintered magnet | |
| JPH02208902A (en) | Hot-worked magnet and manufacture thereof | |
| JP2009038197A (en) | Manufacturing method of sintered body, and neodymium iron boron-based sintered magnet manufactured by the method | |
| CN104112558A (en) | R-t-b based sintered magnet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180725 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190919 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190927 Effective date: 20190927 |
|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20191118 |