WO2016204651A1 - Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2 - Google Patents

Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2 Download PDF

Info

Publication number
WO2016204651A1
WO2016204651A1 PCT/RU2016/000161 RU2016000161W WO2016204651A1 WO 2016204651 A1 WO2016204651 A1 WO 2016204651A1 RU 2016000161 W RU2016000161 W RU 2016000161W WO 2016204651 A1 WO2016204651 A1 WO 2016204651A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic material
tungsten
magnetic
manganese
crystalline form
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000161
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Артем Ромаевич ОГАНОВ
Original Assignee
ОГАНОВ, Артур Романович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОГАНОВ, Артур Романович filed Critical ОГАНОВ, Артур Романович
Publication of WO2016204651A1 publication Critical patent/WO2016204651A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B35/00Boron; Compounds thereof
    • C01B35/02Boron; Borides
    • C01B35/04Metal borides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/14Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder

Definitions

  • the invention relates to magnetic materials, namely to ferromagnets, and can be used in various industries, for example, in electronics, instrumentation, nuclear engineering, mechanical engineering, chemical industry, metallurgy.
  • Magnetic materials are currently widely used in modern technology facilities that satisfy the needs of the population in various spheres of life.
  • a large proportion of the total cost of finished products in the industry falls on the cost of highly efficient permanent magnets, which are based on expensive rare-earth materials.
  • the unique properties of rare-earth ferromagnets are explained by the fact that 4t-electrons of rare-earth metals create high magnetic anisotropy, and 3d-electrons of transition metals - a strong magnetic moment, which are necessary characteristics for industrial applications.
  • Ni-Fe-B neodymium-iron-boron
  • Tb terbium
  • the specified alloy has a high coercive force, high anisotropy, but when it is used, expensive rare-earth elements are used, including one of the most scarce elements - dysprosium, which increases the cost of products in which this alloy is used.
  • This alloy uses cerium, one of the most common rare-earth metals, which reduces the cost of magnetic material by 20-40 percent while maintaining the required characteristics of a permanent magnet. In addition, this alloy retains its magnetic properties at temperatures above 150 ° C, at which traditional magnets lose these properties (for example, http://www.sciteclibrarv.ru/rus/cataloq/paqes/14862.html). However, said alloy is still expensive. In addition to the price, the main disadvantages limiting the industrial use of magnetic materials based on neodymium alloy are low corrosion resistance and high fragility. In addition to shortening the life of the product, this can lead to serious personal injury.
  • amorphous magnetically soft cobalt-based alloy containing iron, nickel, alloying components in the form of manganese and chromium and amorphizers in the form of silicon and boron [RU2123537, 12.20.1998].
  • This alloy allows you to achieve such values of induction and magnetic permeability, which allow its use in the production of high-frequency transformers.
  • this alloy can be used narrowly, since it does not have the necessary properties of a permanent magnet (magnetic moment, magnetic anisotropy), that is, universality, which allows its use in many industries.
  • An object of the invention is to obtain a magnetic material that has the properties of a permanent magnet without the use of rare earth elements, while it has a low cost and is safe when used in production.
  • the technical result of the invention is to preserve the magnetic moment, magnetic anisotropy, increase the corrosion resistance and strength of the magnetic material due to its chemical inertness.
  • the strong magnetic moment of rare-earth alloys is explained by the presence of unpaired electrons on the f shell.
  • strong magnetic moment and high magnetic anisotropy are provided by replacing neodymium with tungsten having unpaired electrons on d-orbitals. Replacing iron with manganese in the composition of the magnetic material ensures the strength of the magnetic material.
  • the atoms of tungsten, manganese, and boron inside the material are bonded to each other by strong covalent interaction, which ensures the chemical inertness of the material and, as a result, high corrosion resistance.
  • FIG. 1 shows a specific x-ray powder pattern of WMnB 2 .
  • FIG. 2 - table 1 which shows additional data of x-ray diffraction analysis, characterizing the crystalline form of WMnB 2 .
  • FIG. Figure 3 shows a graph of the energy of magnetic anisotropy WMnB 2 .
  • An X-ray diffraction pattern of the crystalline form of WMnB 2 obtained in accordance with the present invention and shown in FIG. 1 is one of the main experimental characteristics. More specifically, the crystalline form of WMnB 2 can be characterized by characteristic
  • K-alpha internal electron shells
  • is the scattering angle of x-ray radiation
  • A is an angstrom
  • an off-system unit of length equal to 10 "10 m.
  • d-spacing is the distance between adjacent planes with the given Miller indices in the crystal
  • lnt is the radiation intensity (power)
  • F is the scattering form factor
  • h is the scattering form factor
  • k the scattering form factor
  • I Miller indices characterize the location of atomic planes in a crystal
  • Mult the number of repeating peaks (multiplicity).
  • the crystalline form of WMnB 2 can also be characterized by magnetic anisotropy, as shown in FIG. Typical angles are: 0.0 °, 90.0 °, 42.0 °. These data characterize the change in the dependence of magnetic properties on the direction of magnetization with respect to the structural axes of the crystal.
  • the magnetic anisotropy of the crystalline form of WMnB 2 was obtained on the basis of quantum-chemical calculations of the density functional theory.
  • manganese (powder grade MP-0, with a particle size less than 0.2 mm), tungsten (powder with a particle size less than 0.01 mm) and amorphous boron (powder grade B-99 are used as starting materials) , with a particle size of less than 0.001 mm) in a ratio of 1: 1: 2 (as a percentage of the mass: tungsten - 25%, manganese - 25%, boron - 50%).
  • the powders of the starting components are thoroughly mixed in a porcelain mortar for 10-15 minutes until a homogeneous mixture is obtained.
  • Cylindrical samples with a diameter of 20 mm and a height of 20-25 mm and a density of 2.6-3.1 g / cm 3 are made from the initial mixtures.
  • Samples are placed in a constant pressure reactor in argon medium (purity 99.7%) at a pressure of 5 atm.
  • the reactor is pre-evacuated to a residual pressure of 10 ⁇ 1 mm Hg, purged with argon, evacuated again and then filled with argon to the desired pressure.
  • the initiation of the combustion process of the prepared mixtures is carried out by a heated electric current tungsten spiral from the upper end of the sample. After the combustion reaction is complete, the samples are allowed to cool. Obtained by this method, the maximum combustion temperature (T g ) is 1030 ° C. Maximum combustion temperatures are measured using a tungsten-rhenium thermocouple with a diameter of 0.2 mm.
  • tungsten a powder with a particle size of less than 0.01 mm
  • magnesium polyboride MgBi 2 a powder containing approximately 85% boron, particle size less than 0.02mm.
  • W: Mn: W0 3: MgBi 2 is 5.66: 6: 0.33: 1.
  • the powders of the starting components are thoroughly mixed in a porcelain mortar for 10-15 minutes until a homogeneous mixture is obtained.
  • Cylindrical samples with a diameter of 20 mm and a height of 20-25 mm and a density of 2.6-3, 1 g / cm 3 are made from the initial mixtures.
  • Samples are placed in a constant pressure reactor under argon (purity 99.7%) at a pressure of 5 atm.
  • the reactor is pre-evacuated to a residual pressure of 10 "1 mm Hg, purged with argon, evacuated again and then filled with argon to the desired pressure.
  • the combustion of the prepared mixtures is initiated by a tungsten spiral heated by electric current from the upper end of the sample.
  • the samples are allowed to cool. Obtained by this method, the maximum combustion temperature (T g ) is 1030 ° C. Maximum combustion temperatures are measured using a tungsten-rhenium thermocouple with a diameter of 0.2 mm.
  • manganese an MP-0 grade powder with a particle size of less than 0.2 mm
  • tungsten a powder with a particle size of less than 0.01 mm
  • oxide are used as starting materials tungsten WO 3 (powder grade B-99, with a particle size of less than 0.02 mm) necessary for the binding of magnesium (only about 1, 5%), magnesium (powder grade MPF-2, with a particle size of 0.1-0.2 mm) for complete reduction of the metal from tungsten oxide WO 3 (that is, part of the tungsten metal is introduced as its oxide) and magnesium polyboride MgB 12 (powder containing about 85% boron, particle size less than 0.02 mm).
  • the powders of the starting components are thoroughly mixed in a porcelain mortar for 10-15 minutes until a homogeneous mixture is obtained.
  • Cylindrical samples with a diameter of 20 mm and a height of 20-25 mm and a density of 2.6-3.1 g / cm 3 are made from the initial mixtures.
  • Samples are placed in a constant pressure reactor in argon medium (purity 99.7%) at a pressure of 5 atm.
  • the reactor is pre-evacuated to a residual pressure of 10 "1 mm Hg, purged with argon, evacuated again and then filled with argon to the desired pressure.
  • the combustion of the prepared mixtures is initiated by a tungsten spiral heated by electric current from the upper end of the sample.
  • the maximum combustion temperature (T g ) is in the range from 1030 ° C to 1480 ° C (depending on the ratio W / WO 3 ).
  • Maximum combustion temperatures are measured using a tungsten-rhenium thermocouple with a diameter of 0.2 mm.
  • the obtained ferromagnetic compound WMnB 2 has a magnetic moment equal to 3 O in terms of the manganese atom, where pb is the Bohr magneton, which indicates a high magnetization of the obtained material.
  • pb is the Bohr magneton
  • the magnetic moment has approximately the same value.
  • the present invention provides a new, previously not synthesized ferromagnetic compound ⁇ L / MnBr, which has a strong magnetic moment and high magnetic anisotropy - the characteristics of permanent magnets.
  • the resulting magnetic material has hardness and corrosion resistance.
  • this magnetic material allows you to replace permanent magnets based on rare-earth elements, reduce their cost and ensure safety in production.
  • the new magnetic material opens up prospects for use in devices and mechanisms in various industries. Its use will reduce the cost of equipment and make them more accessible to the public.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

The invention relates to magnetic materials, and more particularly to ferromagnets, and can be used in various fields of industry such as, for example, electronic engineering, metallurgy, etc. The technical result of the invention is that of preserving the magnetic moment and magnetic anisotropy and increasing the corrosion resistance and durability of a magnetic material by virtue of its chemical inertness. This technical result is achieved by using a magnetic material that is based on a crystalline form of WMnB2, which contains (in wt%): tungsten - 25±0.1%; manganese- 25±0.1%; boron - the remainder. This magnetic material exhibits the properties of a permanent magnet without containing rare earth metals, and is inexpensive and safe for use in manufacturing.

Description

МАГНИТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ФОРМЫ WMnB2 Изобретение относится к магнитным материалам, а именно к ферромагнетикам, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, металлургии. MAGNETIC MATERIAL BASED ON CRYSTAL FORM WMnB 2 The invention relates to magnetic materials, namely to ferromagnets, and can be used in various industries, for example, in electronics, instrumentation, nuclear engineering, mechanical engineering, chemical industry, metallurgy.
Магнитные материалы в настоящее время находят широкое применение в современных объектах техники, удовлетворяющих потребности населения в разных сферах жизнедеятельности. Однако большая доля общей стоимости готовых изделий промышленности приходится на стоимость высокоэффективных постоянных магнитов, в основе которых - дорогостоящие редкоземельные материалы. Уникальные свойства ферромагнетиков на основе редкоземельных элементов объясняются тем, что 4т-электроны редкоземельных металлов создают высокую магнитную анизотропию, a 3d- электроны переходных металлов - сильный магнитный момент, которые являются необходимыми характеристиками для промышленного применения.  Magnetic materials are currently widely used in modern technology facilities that satisfy the needs of the population in various spheres of life. However, a large proportion of the total cost of finished products in the industry falls on the cost of highly efficient permanent magnets, which are based on expensive rare-earth materials. The unique properties of rare-earth ferromagnets are explained by the fact that 4t-electrons of rare-earth metals create high magnetic anisotropy, and 3d-electrons of transition metals - a strong magnetic moment, which are necessary characteristics for industrial applications.
Например, известен сплав на основе соединения неодим-железо-бор (Ne-Fe-B), который получают путем диффузионного отжига спеченных магнитов, в качестве источников диффузии используют порошки металлического диспрозия (Dy) или тербия (Tb) [RU2476947, 27.02.20 1 г.].  For example, an alloy based on the neodymium-iron-boron (Ne-Fe-B) compound, which is obtained by diffusion annealing of sintered magnets, is known, metal dysprosium (Dy) or terbium (Tb) powders are used as diffusion sources [RU2476947, 02.27.20 1 g.].
Указанный сплав имеет высокую коэрцитивную силу, высокую анизотропию, однако при его получении используются дорогостоящие редкоземельные элементы, в том числе один из самых дефицитных элементов - диспрозий, что повышает стоимость изделий, в которых данный сплав применяется.  The specified alloy has a high coercive force, high anisotropy, but when it is used, expensive rare-earth elements are used, including one of the most scarce elements - dysprosium, which increases the cost of products in which this alloy is used.
Известен также магнитный сплав, содержащий неодим-железо-бор (Ne- Also known is a magnetic alloy containing neodymium-iron-boron (Ne-
Fe-B) совместно с примесью церия и кобальта. В данном сплаве используется церий - один из самых распространенных редкоземельных металлов, что позволяет снизить стоимость магнитного материала на 20-40 процентов с сохранением требуемых характеристик постоянного магнита. К тому же, данный сплав сохраняет свои магнитные свойства при температуре выше 150°С, при которой традиционные магниты данные свойства теряют (например, http://www.sciteclibrarv.ru/rus/cataloq/paqes/14862.html). Однако указанный сплав по-прежнему остается дорогостоящим. Кроме цены, основными недостатками, ограничивающим промышленное применение магнитных материалов на основе сплава неодима, являются низкая стойкость к коррозии и высокая хрупкость. Помимо уменьшения срока службы изделия, это может приводить к серьёзным травмам на производстве. Fe-B) together with an admixture of cerium and cobalt. This alloy uses cerium, one of the most common rare-earth metals, which reduces the cost of magnetic material by 20-40 percent while maintaining the required characteristics of a permanent magnet. In addition, this alloy retains its magnetic properties at temperatures above 150 ° C, at which traditional magnets lose these properties (for example, http://www.sciteclibrarv.ru/rus/cataloq/paqes/14862.html). However, said alloy is still expensive. In addition to the price, the main disadvantages limiting the industrial use of magnetic materials based on neodymium alloy are low corrosion resistance and high fragility. In addition to shortening the life of the product, this can lead to serious personal injury.
Исследования последнего десятилетия направлены на то, чтобы синтезировать постоянный магнит (ферромагнетик), не имеющий в своём составе редкоземельных элементов и одновременно с этим обладающий эквивалентными или превосходящими характеристиками. Такая замена магнитов на основе других более дешевых материалов, позволит снизить стоимость многих изделий промышленности.  Studies of the last decade are aimed at synthesizing a permanent magnet (ferromagnet), which does not have rare-earth elements and at the same time has equivalent or superior characteristics. Such a replacement of magnets based on other cheaper materials will reduce the cost of many industrial products.
Известен аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта, содержащий железо, никель, легирующие компоненты в виде марганца и хрома и аморфизаторы в виде кремния и бора [RU2123537, 20.12.1998 г.]. Данный сплав позволяет достигнуть таких значений индукции и магнитной проницаемости, которые позволяют использовать его при производстве высокочастотных трансформаторов. Однако данный сплав может использоваться узконаправленно, так как не обладает нужными свойствами постоянного магнита (магнитным моментом, магнитной анизотропией), то есть универсальностью, которая позволяет использовать его во многих отраслях промышленности.  Known amorphous magnetically soft cobalt-based alloy containing iron, nickel, alloying components in the form of manganese and chromium and amorphizers in the form of silicon and boron [RU2123537, 12.20.1998]. This alloy allows you to achieve such values of induction and magnetic permeability, which allow its use in the production of high-frequency transformers. However, this alloy can be used narrowly, since it does not have the necessary properties of a permanent magnet (magnetic moment, magnetic anisotropy), that is, universality, which allows its use in many industries.
Известен сплав, содержащий железо, кремний, бор, один или несколько компонентов из группы, включающей титан, ванадий, хром, марганец, никель, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, кобальт [RU20415 3, 09.08.1995 г.]. Данный сплав также имеет узкую направленность и используется при изготовлении трансформаторов.  Known alloy containing iron, silicon, boron, one or more components from the group comprising titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, zirconium, niobium, molybdenum, tungsten, cobalt [RU20415 3, 08/09/1995]. This alloy also has a narrow focus and is used in the manufacture of transformers.
Анализ приведенных источников показывает, что получение постоянных магнитов, которые являются универсальными и могут использоваться в разных отраслях промышленности, возможно в настоящее время только на основе сплавов, содержащих неодим и железо. Поэтому сплав по патенту RU2476947 может быть выбран в качестве наиболее близкого решения к заявляемому.  An analysis of these sources shows that the production of permanent magnets, which are universal and can be used in various industries, is currently possible only on the basis of alloys containing neodymium and iron. Therefore, the alloy according to patent RU2476947 can be selected as the closest solution to the claimed.
Технической задачей изобретения является получение магнитного материала, который обладает свойствами постоянного магнита без использования редкоземельных элементов, при этом имеет невысокую стоимость и является безопасным при использовании на производстве. Техническим результатом изобретения является сохранение магнитного момента, магнитной анизотропии, повышение коррозийной стойкости и прочности магнитного материала за счёт его химической инертности. An object of the invention is to obtain a magnetic material that has the properties of a permanent magnet without the use of rare earth elements, while it has a low cost and is safe when used in production. The technical result of the invention is to preserve the magnetic moment, magnetic anisotropy, increase the corrosion resistance and strength of the magnetic material due to its chemical inertness.
Технический результат достигается использованием магнитного материала на основе кристаллической формы WMnB2, который содержит мас.%: The technical result is achieved using a magnetic material based on the crystalline form of WMnB 2 , which contains wt.%:
вольфрам - 25±0,1 %;  tungsten - 25 ± 0.1%;
марганец - 25±0,1%;  Manganese - 25 ± 0.1%;
бор - остальное.  boron - the rest.
Сильный магнитный момент сплавов на основе редкоземельных элементов, в том числе наиболее близкого решения, объясняется наличием неспаренных электронов на f-оболочке. В настоящем изобретении сильный магнитный момент и высокая магнитная анизотропия обеспечиваются за счет замены неодима на вольфрам, имеющий неспаренные электроны на d- орбитали. Замена железа на марганец в составе магнитного материала обеспечивает прочность магнитного материала.  The strong magnetic moment of rare-earth alloys, including the closest solution, is explained by the presence of unpaired electrons on the f shell. In the present invention, strong magnetic moment and high magnetic anisotropy are provided by replacing neodymium with tungsten having unpaired electrons on d-orbitals. Replacing iron with manganese in the composition of the magnetic material ensures the strength of the magnetic material.
Атомы вольфрама, марганца, бора внутри материала связаны друг с другом сильным ковалентным взаимодействием, что обеспечивает химическую инертность материала и, как следствие, высокую коррозионную стойкость.  The atoms of tungsten, manganese, and boron inside the material are bonded to each other by strong covalent interaction, which ensures the chemical inertness of the material and, as a result, high corrosion resistance.
На фиг. 1 приведена конкретная порошковая рентгенограмма WMnB2.In FIG. 1 shows a specific x-ray powder pattern of WMnB 2 .
На фиг. 2 - таблица 1 , в которой приведены дополнительные данные рентгеноструктурного анализа, характеризующие кристаллическую форму WMnB2. In FIG. 2 - table 1, which shows additional data of x-ray diffraction analysis, characterizing the crystalline form of WMnB 2 .
На фиг. 3 приведен график энергии магнитной анизотропии WMnB2. In FIG. Figure 3 shows a graph of the energy of magnetic anisotropy WMnB 2 .
Рентгенограмма кристаллической формы WMnB2, полученная в соответствии с настоящим изобретением и представленная на фиг.1 , является одной из основных экспериментальных характеристик. Более конкретно, кристаллическая форма WMnB2 может быть охарактеризована характерными An X-ray diffraction pattern of the crystalline form of WMnB 2 obtained in accordance with the present invention and shown in FIG. 1 is one of the main experimental characteristics. More specifically, the crystalline form of WMnB 2 can be characterized by characteristic
Θ  Θ
пиками (2 ), приведенными на данной рентгенограмме: 21 ,7°, 29,6°, 30,8°, 37,1 °, 43,3°, 44,2° и 54,2°, 30,8° и 43,3° на длине волны 1 ,54А, соответствующей рентгеновскому излучению электронов внутренних электронных оболочек (К-альфа) атомов меди - Cu-Κα излучению. Эти углы характеризуют расположения пиков при порошковой рентгеновской дифракции данного материала. При этом Θ - угол рассеивания рентгеновского излучения, А - ангстрем, внесистемная единица длины равная 10"10 м. peaks (2) shown in this radiograph: 21, 7 °, 29.6 °, 30.8 °, 37.1 °, 43.3 °, 44.2 ° and 54.2 °, 30.8 ° and 43.3 ° at a wavelength of 1, 54A, corresponding to the x-ray emission of the electrons of the internal electron shells (K-alpha) of copper atoms — Cu-Κα radiation. These angles characterize the location of the peaks during powder x-ray diffraction of a given material. In this case, Θ is the scattering angle of x-ray radiation, A is an angstrom, an off-system unit of length equal to 10 "10 m.
Дополнительные данные рентгеноструктурного анализа, характеризующие кристаллическую форму WMnB2 и приведенны в таблице.1. При этом «d-spacing» - расстояние между смежными плоскостями с данными индексами Миллера в кристалле, «lnt» - интенсивность (мощность) излучения, «F» - форм-фактор рассеивания, «h», «к», «I» - индексы Миллера, характеризуют расположение атомных плоскостей в кристалле, «Mult» - число, повторяющихся пиков (multiplicity). Additional data of X-ray diffraction analysis characterizing the crystalline form of WMnB 2 and are given in table 1. In this case, “d-spacing” is the distance between adjacent planes with the given Miller indices in the crystal, “lnt” is the radiation intensity (power), “F” is the scattering form factor, “h”, “k”, “I” - Miller indices characterize the location of atomic planes in a crystal, “Mult” - the number of repeating peaks (multiplicity).
Кристаллическая форма WMnB2 может быть также охарактеризована магнитной анизотропией, как показано на фиг.З. Характерными углами являются следующие: 0,0°, 90,0°, 42,0°. Эти данные характеризуют изменение зависимости магнитных свойств от направления намагниченности по отношению к структурным осям кристалла. The crystalline form of WMnB 2 can also be characterized by magnetic anisotropy, as shown in FIG. Typical angles are: 0.0 °, 90.0 °, 42.0 °. These data characterize the change in the dependence of magnetic properties on the direction of magnetization with respect to the structural axes of the crystal.
Магнитная анизотропия кристаллической формы WMnB2 была получена на основе квантово-химических расчётов теории функционала плотности. The magnetic anisotropy of the crystalline form of WMnB 2 was obtained on the basis of quantum-chemical calculations of the density functional theory.
Настоящее изобретение далее проиллюстрировано следующими примерами.  The present invention is further illustrated by the following examples.
Пример 1.  Example 1
Для получения кристаллической формы WMnB2 в качестве исходных веществ используют марганец (порошок марки Мр-0, с размером частиц менее 0,2 мм), вольфрам (порошок с размером частиц менее 0,01 мм) и аморфный бор (порошок марки В-99, с размером частиц менее 0,001 мм) в соотношении 1 :1 :2 (в процентах от массы: вольфрам - 25%, марганец - 25%, бор - 50%). Порошки исходных компонентов тщательно перемешивают в фарфоровой ступке в течение 10-15 мин до получения однородной смеси. Из исходных смесей изготавливают цилиндрические образцы диаметром 20 мм и высотой 20-25 мм и плотностью 2,6-3,1 г/см3. Образцы помещают в реактор постоянного давления в среде аргона (чистота 99,7%) при давлении 5 атм. Реактор предварительно вакуумируют до остаточного давления 10~1 мм рт.ст., продувают аргоном, снова вакуумируют и затем заполняют аргоном до требуемого давления. Инициирование процесса горения приготовленных смесей осуществляют нагретой электрическим током вольфрамовой спиралью с верхнего торца образца. После полного протекания реакции горения образцы выдерживают для остывания. Получаемая при таком способе максимальная температура горения (Тг) равна 1030°С. Максимальные температуры горения измеряют с помощью вольфрам-рениевой термопары диаметром 0,2 мм. To obtain the crystalline form of WMnB 2 , manganese (powder grade MP-0, with a particle size less than 0.2 mm), tungsten (powder with a particle size less than 0.01 mm) and amorphous boron (powder grade B-99 are used as starting materials) , with a particle size of less than 0.001 mm) in a ratio of 1: 1: 2 (as a percentage of the mass: tungsten - 25%, manganese - 25%, boron - 50%). The powders of the starting components are thoroughly mixed in a porcelain mortar for 10-15 minutes until a homogeneous mixture is obtained. Cylindrical samples with a diameter of 20 mm and a height of 20-25 mm and a density of 2.6-3.1 g / cm 3 are made from the initial mixtures. Samples are placed in a constant pressure reactor in argon medium (purity 99.7%) at a pressure of 5 atm. The reactor is pre-evacuated to a residual pressure of 10 ~ 1 mm Hg, purged with argon, evacuated again and then filled with argon to the desired pressure. The initiation of the combustion process of the prepared mixtures is carried out by a heated electric current tungsten spiral from the upper end of the sample. After the combustion reaction is complete, the samples are allowed to cool. Obtained by this method, the maximum combustion temperature (T g ) is 1030 ° C. Maximum combustion temperatures are measured using a tungsten-rhenium thermocouple with a diameter of 0.2 mm.
Химическая диаграмма реакции:  Chemical reaction diagram:
W+Mn+2B->WMnB2 (1 )W + Mn + 2B-> WMnB 2 (1)
Пример 2 Example 2
Для получения кристаллической формы WMnB2 в качестве исходных веществ используют марганец (порошок марки Мр-0, с размером частиц менее 0,2мм), вольфрам (порошок с размером частиц менее 0,01 мм) и полиборид магния MgBi2 (порошок, содержащий примерно 85% бора, размер частиц менее 0,02мм). Для связывания магния (всего примерно 1 ,5%) в исходную смесь вводят необходимое количество оксида вольфрама WO3 (порошок марки ВЧ с размером частиц менее 0,02 мм). Итоговое соотношение исходных компонентов: W:Mn:W03:MgBi2 равно 5,66:6:0,33:1. Порошки исходных компонентов тщательно перемешивают в фарфоровой ступке в течение 10-15 мин до получения однородной смеси. Из исходных смесей изготавливают цилиндрические образцы диаметром 20 мм и высотой 20-25 мм и плотностью 2,6-3, 1 г/см3. Образцы помещают в реактор постоянного давления среде аргона (чистота 99,7%) при давлении 5 атм. Реактор предварительно вакуумируют до остаточного давления 10"1 мм рт.ст., продувают аргоном, снова вакуумируют и затем заполняют аргоном до требуемого давления. Инициирование процесса горения приготовленных смесей осуществляют нагретой электрическим током вольфрамовой спиралью с верхнего торца образца. To obtain the crystalline form of WMnB 2 , manganese (an MP-0 powder with a particle size of less than 0.2 mm), tungsten (a powder with a particle size of less than 0.01 mm) and magnesium polyboride MgBi 2 (a powder containing approximately 85% boron, particle size less than 0.02mm). To bind magnesium (a total of about 1.5%), the required amount of tungsten oxide WO 3 (HF grade powder with a particle size of less than 0.02 mm) is introduced into the initial mixture. The final ratio of the starting components: W: Mn: W0 3: MgBi 2 is 5.66: 6: 0.33: 1. The powders of the starting components are thoroughly mixed in a porcelain mortar for 10-15 minutes until a homogeneous mixture is obtained. Cylindrical samples with a diameter of 20 mm and a height of 20-25 mm and a density of 2.6-3, 1 g / cm 3 are made from the initial mixtures. Samples are placed in a constant pressure reactor under argon (purity 99.7%) at a pressure of 5 atm. The reactor is pre-evacuated to a residual pressure of 10 "1 mm Hg, purged with argon, evacuated again and then filled with argon to the desired pressure. The combustion of the prepared mixtures is initiated by a tungsten spiral heated by electric current from the upper end of the sample.
После полного протекания реакции горения образцы выдерживают для остывания. Получаемая при таком способе максимальная температура горения (Тг) равна 1030°С. Максимальные температуры горения измеряют с помощью вольфрам-рениевой термопары диаметром 0,2 мм. After the combustion reaction is complete, the samples are allowed to cool. Obtained by this method, the maximum combustion temperature (T g ) is 1030 ° C. Maximum combustion temperatures are measured using a tungsten-rhenium thermocouple with a diameter of 0.2 mm.
Химическая диаграмма реакции: Chemical reaction diagram:
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001
Пример 3  Example 3
Для получения кристаллической формы WMnB2 в качестве исходных веществ используют марганец (порошок марки Мр-0, с размером частиц менее 0,2 мм), вольфрам (порошок с размером частиц менее 0,01 мм), оксид вольфрама WO3 (порошок марки В-99, с размером частиц менее 0,02 мм) необходимый для связывания магния (всего примерно 1 ,5%), магний (порошок марки МПФ-2, с размером частиц 0,1-0,2 мм) для полного восстановления металла из оксида вольфрама WO3 (то есть часть металлического вольфрама вводят в виде его оксида) и полиборид магния МдВ12 (порошок, содержащий примерно 85% бора, размер частиц менее 0,02 мм). To obtain the crystalline form of WMnB 2 , manganese (an MP-0 grade powder with a particle size of less than 0.2 mm), tungsten (a powder with a particle size of less than 0.01 mm), oxide are used as starting materials tungsten WO 3 (powder grade B-99, with a particle size of less than 0.02 mm) necessary for the binding of magnesium (only about 1, 5%), magnesium (powder grade MPF-2, with a particle size of 0.1-0.2 mm) for complete reduction of the metal from tungsten oxide WO 3 (that is, part of the tungsten metal is introduced as its oxide) and magnesium polyboride MgB 12 (powder containing about 85% boron, particle size less than 0.02 mm).
Было реализовано пять различных способов синтеза \Л/МпВг в зависимости от соотношения W/WO3:  Five different synthesis methods were implemented \ L / MnBr depending on the ratio W / WO3:
1) соотношение компонентов W:W03:Mn:MgB12:Mg равно  1) the ratio of the components W: W03: Mn: MgB12: Mg is
5,55:0,45:6:1 :0,35; 5.55: 0.45: 6: 1: 0.35;
2) соотношение компонентов W:W03:Mn:MgB12:Mg равно  2) the ratio of the components W: W03: Mn: MgB12: Mg is
5,52:0,48:6:1 :0,44; 5.52: 0.48: 6: 1: 0.44;
3) соотношение компонентов W:W03:Mn:MgB12:Mg равно 5,5:0,5:6:1 :0,51 ; 3) the ratio of the components W: W03: Mn: MgB12: Mg is 5.5: 0.5: 6: 1: 0.51;
4) соотношение компонентов W:W03:Mn:MgB12:Mg равно 5,33:0,66:6:1 :1 ; 5) соотношение компонентов W:W03:Mn:MgB12:Mg равно 4) the ratio of the components W: W03: Mn: MgB12: Mg is 5.33: 0.66: 6: 1: 1; 5) the ratio of the components W: W03: Mn: MgB12: Mg is
5,16:0,84:6:1 :1 ,53.  5.16: 0.84: 6: 1: 1, 53.
Порошки исходных компонентов тщательно перемешивают в фарфоровой ступке в течение 10-15 мин до получения однородной смеси. Из исходных смесей изготавливают цилиндрические образцы диаметром 20 мм и высотой 20-25 мм и плотностью 2,6-3,1 г/см3. Образцы помещают в реактор постоянного давления в среде аргона (чистота 99,7%) при давлении 5 атм. Реактор предварительно вакуумируют до остаточного давления 10"1 мм рт.ст., продувают аргоном, снова вакуумируют и затем заполняют аргоном до требуемого давления. Инициирование процесса горения приготовленных смесей осуществляют нагретой электрическим током вольфрамовой спиралью с верхнего торца образца. The powders of the starting components are thoroughly mixed in a porcelain mortar for 10-15 minutes until a homogeneous mixture is obtained. Cylindrical samples with a diameter of 20 mm and a height of 20-25 mm and a density of 2.6-3.1 g / cm 3 are made from the initial mixtures. Samples are placed in a constant pressure reactor in argon medium (purity 99.7%) at a pressure of 5 atm. The reactor is pre-evacuated to a residual pressure of 10 "1 mm Hg, purged with argon, evacuated again and then filled with argon to the desired pressure. The combustion of the prepared mixtures is initiated by a tungsten spiral heated by electric current from the upper end of the sample.
После полного протекания реакции горения образцы выдерживают для остывания. Получаемая при таком способе максимальная температура горения (Тг) находится в диапазоне от 1030°С до 1480°С (в зависимости от соотношения W/WO3). Максимальные температуры горения измеряют с помощью вольфрам-рениевой термопары диаметром 0,2 мм. After the combustion reaction is complete, the samples are allowed to cool. Obtained by this method, the maximum combustion temperature (T g ) is in the range from 1030 ° C to 1480 ° C (depending on the ratio W / WO 3 ). Maximum combustion temperatures are measured using a tungsten-rhenium thermocouple with a diameter of 0.2 mm.
Химическая диаграмма реакции:  Chemical reaction diagram:
W+Mn+WO3+MgB12+Mg^WMnB2+MgO (3) Полученное ферромагнитное соединение WMnB2 обладает магнитным моментом равным З.О в в пересчёте на атом марганца, где рв - магнетон Бора, что свидетельствует о высокой намагниченности полученного материала. У материала, выбранного в качестве ближайшего аналога, магнитный момент имеет приблизительно такое же значение. W + Mn + WO3 + MgB 12 + Mg ^ WMnB 2 + MgO (3) The obtained ferromagnetic compound WMnB 2 has a magnetic moment equal to 3 O in terms of the manganese atom, where pb is the Bohr magneton, which indicates a high magnetization of the obtained material. For a material selected as the closest analogue, the magnetic moment has approximately the same value.
Настоящее изобретение предлагает новое, ранее не синтезированное ферромагнитное соединение \Л/МпВг, которое обладает сильным магнитным моментом и высокой магнитной анизотропией - характеристиками постоянных магнитов. К тому же, полученный магнитный материал обладает твердостью и коррозионной стойкостью.  The present invention provides a new, previously not synthesized ferromagnetic compound \ L / MnBr, which has a strong magnetic moment and high magnetic anisotropy - the characteristics of permanent magnets. In addition, the resulting magnetic material has hardness and corrosion resistance.
Таким образом, данный магнитный материал позволяет заменить постоянные магниты на основе редкоземельных элементов, снизить их стоимость и обеспечить безопасность на производстве.  Thus, this magnetic material allows you to replace permanent magnets based on rare-earth elements, reduce their cost and ensure safety in production.
Новый магнитный материал открывает перспективы для использования в устройствах и механизмах в разных отраслях промышленности. Его применение позволит снизить стоимость объектов техники и сделает их более доступными для населения.  The new magnetic material opens up prospects for use in devices and mechanisms in various industries. Its use will reduce the cost of equipment and make them more accessible to the public.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Магнитный материал на основе кристаллической формы WMnB2, характеризующийся тем, что содержит вольфрам, марганец, бор при следующем соотношении компонентов, масс. %: 1. A magnetic material based on the crystalline form of WMnB 2 , characterized in that it contains tungsten, manganese, boron in the following ratio of components, mass. %:
вольфрам - 25%±0,1 %;  tungsten - 25% ± 0.1%;
марганец - 25%±0, 1 %  Manganese - 25% ± 0, 1%
бор - все остальное.  boron - everything else.
2. Магнитный материал по п.1 , характеризующийся тем, что на порошковой рентгенограмме при длине волны Cu-Κα излучения дифракционные максимумы пиков при значениях 2Θ составляют 21,7°, 29,6°, 30,8°, 37,1°, 43,3°, 44,2° и 54,2°, 30,8° и 43,3°. 2. The magnetic material according to claim 1, characterized in that in the X-ray powder diffraction pattern at a wavelength of Cu-Κα radiation, the diffraction peaks of the peaks at 2 Θ are 21.7 °, 29.6 °, 30.8 °, 37.1 ° , 43.3 °, 44.2 ° and 54.2 °, 30.8 ° and 43.3 °.
3. Магнитный материал по п.1 , характеризующийся тем, что график энергии магнитной анизотропии имеет характерные углы 0,0°, 90,0°, 42,0°.  3. The magnetic material according to claim 1, characterized in that the graph of magnetic anisotropy energy has characteristic angles of 0.0 °, 90.0 °, 42.0 °.
4. Магнитный материал по п.1 , характеризующийся тем, что для его получения смешивают марганец, вольфрам и аморфный бор в соотношении 1 :1:2.  4. The magnetic material according to claim 1, characterized in that to obtain it, manganese, tungsten and amorphous boron are mixed in a ratio of 1: 1: 2.
5. Магнитный материал по п.1 , характеризующийся тем, что для его получения смешивают марганец, вольфрам, оксид вольфрама, полиборид магния в соотношении 5,66:6:0,33:1.  5. The magnetic material according to claim 1, characterized in that to obtain it, manganese, tungsten, tungsten oxide, magnesium polyboride are mixed in a ratio of 5.66: 6: 0.33: 1.
6. Магнитный материал по п.1 , характеризующийся тем, что для его получения смешивают марганец, вольфрам, оксид вольфрама, магний полиборид магния в соотношении 5,55:0,45:6:1 :0,35 или 5,52:0,48:6:1 :0,44, или 5,5:0,5:6:1 :0,51 или 5,33:0,66:6:1 :1 или 5,16:0,84:6:1 :1 ,53.  6. The magnetic material according to claim 1, characterized in that to obtain it mix manganese, tungsten, tungsten oxide, magnesium magnesium polyboride in a ratio of 5.55: 0.45: 6: 1: 0.35 or 5.52: 0 , 48: 6: 1: 0.44, or 5.5: 0.5: 6: 1: 0.51 or 5.33: 0.66: 6: 1: 1 or 5.16: 0.84: 6: 1: 1, 53.
PCT/RU2016/000161 2015-06-17 2016-03-23 Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2 WO2016204651A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123199A RU2015123199A (en) 2015-06-17 2015-06-17 MAGNETIC MATERIAL BASED ON THE CRYSTAL FORM WMnB2
RU2015123199 2015-06-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016204651A1 true WO2016204651A1 (en) 2016-12-22

Family

ID=57546175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000161 WO2016204651A1 (en) 2015-06-17 2016-03-23 Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2015123199A (en)
WO (1) WO2016204651A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018048323A1 (en) * 2016-09-12 2018-03-15 ОГАНОВ, Артур Романович Magnetic material based on w-mn-b

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2118007C1 (en) * 1997-05-28 1998-08-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Диполь-М" Material for permanent magnets
RU2476947C2 (en) * 2011-06-08 2013-02-27 Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН (ИФМ УрО РАН) METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2118007C1 (en) * 1997-05-28 1998-08-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Диполь-М" Material for permanent magnets
RU2476947C2 (en) * 2011-06-08 2013-02-27 Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН (ИФМ УрО РАН) METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018048323A1 (en) * 2016-09-12 2018-03-15 ОГАНОВ, Артур Романович Magnetic material based on w-mn-b

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015123199A (en) 2017-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109935432B (en) R-T-B permanent magnet
CN104395971A (en) Sintered magnet
Pasko et al. Spark plasma sintering of Mn–Al–C hard magnets
CN108154988B (en) R-T-B permanent magnet
JP7428791B2 (en) High-entropy alloys of rare earths and transition metals as building blocks to synthesize novel magnetic phases for permanent magnets
WO2012128371A1 (en) Rare-earth magnetic powder, method for manufacturing same, compound of same, and bond magnet of same
Fan et al. Microstructure and improved magnetocaloric properties: LaFeSi/LaAl magnets prepared by spark plasma sintering technique
CN104321838A (en) Neodymium-based rare-earth permanent magnet and process for producing same
US9418779B2 (en) Process for preparing scalable quantities of high purity manganese bismuth magnetic materials for fabrication of permanent magnets
JP2018030751A (en) Ferrite compound
WO2016204651A1 (en) Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2
JP6171922B2 (en) Rare earth-iron-nitrogen based magnetic alloy and method for producing the same
CN111052276B (en) Method for producing R-T-B sintered magnet
JP2020057779A (en) Samarium-iron-bismuth-nitrogen-based magnet powder and samarium-iron-bismuth-nitrogen-based sintered magnet
Luo et al. FCC Fe2NiSi prepared by mechanical alloying and stabilization effect of L21B disorder on BCC Heusler structure
Lam et al. Fabrication of Mn-Bi nanoparticles by high energy ball milling
JP6465448B2 (en) Magnet raw material mainly composed of Sm-Fe binary alloy, method for producing the same, and magnet
WO2018048323A1 (en) Magnetic material based on w-mn-b
WO2020184724A1 (en) Metastable single-crystal rare earth magnet fine powder and method for producing same
Hamm et al. Magnetic properties of the Laves-type phases Ti 2 Co 3 Si and Ti 2 Fe 3 Si and their solid solution
JP4930226B2 (en) Rare earth sintered magnet
JP2020035781A (en) Manufacturing method of permanent magnet
WO2022065089A1 (en) Permanent magnet alloy, method for manufacturing same, permanent magnet, and method for manufacturing same
WO2017191790A1 (en) Rare-earth permanent magnet, and method for manufacturing same
Liu et al. Structure and magnetostriction of Tb 0.4 Nd 0.6 (Fe 0.8 Co 0.2) 1.90 alloy prepared by solid-state synthesis

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16812027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16812027

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1