Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка лабораторной технологии получения с использованием высокоэнергетических воздействий высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на основе наноструктурированных сплавов системы R-Fe-B для постоянных магнитов с повышенными характеристиками

Докладчик: Менушенков Владимир Павлович

Должность: Заведующий лабораторией, зав. лаборатории

Цель проекта:
1. Оптимизация композиций и экспериментальное определение оптимальных режимов получения с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий (закалка из расплава, водородная обработка, высокоэнергетическое измельчение, др. методы) наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе сплавов системы R-Fe-B с повышенными гистерезисными характеристиками. 2. Разработка лабораторной технологии получения высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на основе наноструктурированных сплавов системы R-Fe-B для постоянных магнитов с повышенными характеристиками с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий B с остаточной намагниченностью Br более 1,2 Тл, коэрцитивной силой по намагниченности Hci не менее 1000 кА/м и максимальным энергетическим произведением (BH)max более 240 кДж/м3.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
1.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
(а) Анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме ПНИ
(б) Комплексные методы изучения структуры и фазового состава магнитотвердых материалов (далее – МТМ), синтезированных с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий (закалка из жидкого состояния, водородная обработка, высокоэнергетическое измельчение, др. методы), на основе сплавов системы Nd-Fe-B,
(в) Методы измерения магнитных свойств МТМ, синтезированных с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий, на основе сплавов системы Nd-Fe-B,
(г) Результаты анализа данных экспериментальных исследований,
(д) Обобщение результатов исследований;
(е) Сопоставление анализа научно-информационных источников и результатов теоретических и экспериментальных исследований;
(ж) Оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
(з) Обобщение и выводы по результатам ПНИ, в том числе:
- результаты технико-экономической оценки рыночного потенциала полученных результатов;
1.2 Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
1.3 Экспериментальные образцы МТМ, синтезированные с использованием с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий, на основе сплавов системы Nd-Fe-B, обладающих остаточной намагниченностью (Br) более 1,20 Тл, коэрцитивной силой (Hci) более 1000 кА/м и максимальным энергетическим произведением более 240 кДж/м.
1.4 Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов МТМ на основе сплавов систем R-Fe-B
1.5 Лабораторные методики:
(а) проведения фазово-структурного анализа МТМ на основе сплавов системы R-Fe-B;
(б) измерения гистерезисных свойств высококоэрцитивных МТМ;
(в) программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов высококоэрцитивных МТМ на основе сплавов системы R-Fe-B.
1.5 Лабораторный регламент:
- лабораторный технологический регламент получения высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на основе наноструктурированных сплавов системы R-Fe-B с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий (закалка из жидкого состояния, водородная обработка, высокоэнергетическое измельчение);
1.6 Проект технического задания на проведение последующей ОТР на тему: «Разработка опытно-промышленной технологий получения методами комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий высококоэрцитивных магнитотвёрдых материалов на основе наноструктурированных сплавов системы R-Fe-B для нового поколения композиционных постоянных магнитов с улучшенными технико-экономическими характеристиками».
2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), планируемой научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Экспериментальные образцы МТМ, синтезированные с использованием с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий, на основе сплавов системы Nd-Fe-B, обладающих остаточной намагниченностью (Br) более 1,20 Тл, коэрцитивной силой (Hci) более 1000 кА/м и максимальным энергетическим произведением более 240 кДж/м.
3. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик и решений:
По п. 1.4 … 1.6 содержат элементы новизны применяемых научных и технологических решений.
4. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень:
По п. 1.3 превосходят достигнутый на сегодняшний день мировой уровень гистерезисных свойств МТМ, синтезированных с использованием процесса высокоэнергетических воздействий в отдельности, на основе сплавов систем Nd-Fe-B.
5. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
5.1 Использование современного научно-исследовательского и технологического оборудования, в том числе, усовершенствованной установки для получения быстрозакаленных сплавов R-Fe-B методом спиннингования, а также оригинальных лабораторных методик и регламентов.
5.2 Иные, кроме сокращения объёмов финансирования ПНИ, отсутствуют.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться или планируемая на их основе инновационная продукция):
Для использования при проведении опытно-технологических работ, направленных на создание технологий получения с использованием комбинированной цепочки высокоэнергетических воздействий (закалка из расплава, водородная обработка, высокоэнергетическое измельчение) нового поколения постоянных магнитов с улучшенными технико-экономическими характеристиками.
2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования:
Новые постоянные магниты предназначены для использования в продукции электронной, радиоэлектронной, радиотехнической промышленности, электротехники, приборостроения, медицины и медицинской техники, для создания новых конструкций электрических и электромеханических машин, бытовой техники и т.п.
3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений; разработка новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сфере. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечении развития материально-технической и информационной инфраструктуры:
Реализация ПНИ будет способствовать:
- повышению инновационной активности предприятий указанных высокотехнологичных и динамично развивающихся отраслей экономики;
- развитию кооперации с ведущими исследовательскими организациями и промышленными предприятиями;
- реализации совместных исследовательских программ, в том числе в рамках международного сотрудничества;
- повышению качества и уровня подготовки специалистов в результате разработки и внедрения в преподавательскую практику НИТУ «МИСиС» результатов ПНИ, а также разрабатываемых в рамках ПНИ учебно-методических материалов и программ.

Текущие результаты проекта:
1 Выполнен аналитический обзор информационных источников, включающий следующие разделы:
1.1 Редкоземельные магнитотвёрдые материалы (РЗМ МТМ).
1.2 Технологии получения РЗМ МТМ, включая методы быстрой закалки, водородной обработки высокоэнергетического измельчения (механоактивации) РЗМ сплавов.
1.3 Свойства РЗМ МТМ, включая МТМ на основе быстрозакалённых сплавов на основе системы R-Fe–В.
Собрано более 80 научных публикаций и проведена их систематизация в соответствии с разделами аналитического обзора.
2 Завершаются патентные исследования по теме ПНИ. В частности, разработано задание на проведение патентного поиска в соответствии с ГОСТ Р15.011-96 «СРППП. Патентные исследования», в котором в том числе определены:
2.1 направления поиска, включая магнитотвёрдые материалы на основе интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа (типа Nd2Fe14B), получаемые методами быстрой закалки расплава, водородной обработки, высокоэнергетического измельчения и/или их совместного воздействия, композиционные магнитотвёрдые материалы на основе интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа и технологии их получения;
2.2 объект поиска – композиции и способы получения высококоэрцитивных магнитотвёрдых материалов с использованием методов быстрой закалки расплава, водородной обработки и/или высокоэнергетического измельчения;
2.3 глубина поиска;
2.4 срок завершения работы.
3 На основании предварительного анализа литературных данных, а также результатов ранее выполненных поисковых исследований по теме проекта, выбраны три ключевых направления работ для достижения цели ПНИ:
1) Исследование быстрозакалённых сплавов системы Nd-Fe-B; 2) Исследование наноструктурированных порошков сплавов системы Nd-Fe-B после водородной обработки и высокоэнергетического измельчения; 3) Исследование наноструктурированных порошков сплавов системы Nd-Fe-B после использования комбинированных цепочек высокоэнергетического воздействия.

Дополнительно определены:
- способы решения поставленных задач на каждом из указанных направлении, включающих, в том числе, разработку лабораторных технологий получения высококоэрцитивных наноструктурированных порошков указанных композиций;
- методы и средства изучения структуры и магнитных свойств порошков МТМ на основе сплавов системы Nd-Fe-B, включающие дифференциальную сканирующую калориметрии и термогравиметрический анализ; рентгеноструктурный анализ; рентгенофлуоресцентный анализ; просвечивающую и сканирующую электронную микроскопию; мёссбауэровскую спектроскопию; измерение магнитных свойств.
4 С использованием литературных данных и результатов ранее выполненных поисковых исследований разрабатываются научные основы технологии получения с использованием комбинированной цепочки высокоэнергетических воздействий (закалка из расплава, водородная обработка, высокоэнергетическое измельчение) нового поколения постоянных магнитов с улучшенными технико-экономическими характеристиками.
5 Выполняются исследования механизмов формирования высококоэрцитивного состояния в наноструктурированных МТМ на основе сплавов Nd-Fe-B, синтезированных с использованием комбинированных цепочек высокоэнергетических воздействий (закалка из жидкого состояния, водородная обработка, высокоэнергетическое измельчение);
6 Проведена гомогенизация выплавленных сплавов Nd-Fe-B (1050оС, 8 час). Методом рентгеновского фазового анализа определён фазовый состав, а также измерены гистерезисные свойства указанных сплавов после гомогенизирующего отжига.
7 На основе анализа литературных источников, имеющегося задела, проведённых теоретических и экспериментальных исследований выполняется разработка технологических решений для получения высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов системы Nd-Fe-B.
8 Подобраны шихтовые компоненты и методом вакуумной индукционной плавки выплавлены лигатуры (Nd-Fe и Dy-Fe) и пробные партии сплавов на основе интерметаллического соединения Nd2Fe14B.
9 Изготовлены образцы и выполнены исследования по определению химического (методом рентгеновского флуоресцентного анализа) и фазового (методами рентгеновской дифракции) состава лигатур и пробных партий сплавов.