Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения перспективных наноструктурированных магнитотвердых материалов на базе многокомпонентной системы Sm-Fe-Ti-Nb-Mo-N.

Номер контракта: 14.578.21.0087

Руководитель: Попович Анатолий Анатольевич

Должность руководителя: директор ИММиТ

Докладчик: Разумов Николай Геннадьевич, ведущий инженер

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
высококоэрцитивные магнитотвердые материалы, порошковые материалы, механохимический синтез, механическое легирование, азотирование, система fe-sm, редкоземельные металлы.

Цель проекта:
1. Научно-техническими задачами ПНИ, подлежащими решению в ходе предлагаемой работы, являются: - разработка новых композиций высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений самария с переходными металлами группы железа и азотом; - определение оптимальных режимов получения высококоэрцитивных магнитотвердых материалов методом механохимического синтеза; - разработка оптимальных способов и режимов азотирования высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений самария с переходными металлами группы железа; - разработка научных основ и эффективных методов и средств управления составом, структурой и свойствами магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений самария с переходными металлами группы железа получаемых методом механохимического синтеза. 2. Целями работы является: - разработка научных основ и эффективных методов и средств управления составом, структурой и свойствами наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений самария с переходными металлами группы железа; -разработка композиций наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений самария с переходными металлами группы железа, обладающих остаточной намагниченностью (Br) не менее 1,20 Тл, коэрцитивной силой (Hci) более 720 кА/м и температурой Кюри (ТС) ≥ 400С.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе выполнения ПНИЭР должны быть получены следующие научно-технические результаты:
- экспериментальные образцы высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов системы Sm-Fe-Ti-Nb-Mo-N, синтезированные с использованием механического легирования и азотирования;
- лабораторный технологический регламент процесса получения высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов системы Sm-Fe-Ti-Nb-Mo-N с использованием механического легирования и азотирования;
- проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка опытно-промышленной технологии получения перспективных наноструктурированных магнитотвердых материалов на базе многокомпонентной системы Sm-Fe-Ti-Nb-Mo-N», включающий технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.

2. Разработка технологии получения магнитотвердых сплавов (в том числе нанокристаллических и наноструктурированных) на основе железа, кобальта и редкоземельных материалов, включая феррокомпозиты на основе кристаллических, аморфных и нанокристаллических порошков является одной из задач технологической платформы «Материалы и технологии металлургии».
Полученные сплавы могут быть широко использованы при изготовлении постоянных магнитов, в отраслях промышленности, использующих мощные двигатели и газовые генераторы энергии, включая оборонную и автомобильную отрасли. Также в таких устройствах, как серводвигатели, сенсоры и другие изделия, где магнитные компоненты должны работать при повышенных температурах или в среде, вызывающей коррозию и т.д. Области применения научно-технической продукции – порошковая металлургия, авиационная техника, миниатюрные электрические машины и устройства, газовые генераторы и сенсоры.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разработанные в ходе выполнения ПНИ составы МТМ и лабораторная технология получения с использованием процессов механического легирования и азотирования высококоэрцитивных магнитотвердых материалов на основе наноструктурированных интерметаллических соединений РЗМ с переходными металлами группы железа с высокими гистерезисными характеристиками, научные основы процессов получения с использованием процессов механического легирования и азотирования МТМ с заданными составом и структурой, включая описание механизмов формирования высококоэрцитивного состояния в них, должны предназначаться для использования при разработках новых и совершенствовании существующих технологий изготовления магнитотвердых материалов с высокими гистерезисными характеристикам для электронной, радиоэлектронной, радиотехнической промышленности, приборостроения, медицины и бытовой техники.
Экспериментальные образцы азотсодержащих наноструктурированных и/или нанокомпозиционных высококоэрцитивных МТМ на основе интерметаллических соединений РЗМ с переходными металлами группы железа, синтезированные с использованием процессов механического легирования и азотирования,должны удовлетворять следующим минимальным требованиям:
- остаточная намагниченность, Br ≥ 1,20 Тл
- коэрцитивная сила, Hci ≥ 720 кА/м
- максимальное энергетическое произведение, (BH)max ≥ 240 кДж/м3
- температура Кюри, ТС ≥ 400 °С
- интервал рабочих температур - 60 … + 80 °С
- температурный коэффициент Brв в интервале температур +20 – +80 °С ≥ 0,2 %С-1.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработка технологии получения магнитотвердых сплавов (в том числе нанокристаллических и наноструктурированных) на основе железа, кобальта и редкоземельных материалов, включая феррокомпозиты на основе кристаллических, аморфных и нанокристаллических порошков является одной из задач технологической платформы «Материалы и технологии металлургии».
Полученные сплавы могут быть широко использованы при изготовлении постоянных магнитов, в отраслях промышленности, использующих мощные двигатели и газовые генераторы энергии, включая оборонную и автомобильную отрасли. Также в таких устройствах, как серводвигатели, сенсоры и другие изделия, где магнитные компоненты должны работать при повышенных температурах или в среде, вызывающей коррозию и т.д.
Области применения научно-технической продукции – порошковая металлургия, авиационная техника, миниатюрные электрические машины и устройства, газовые генераторы и сенсоры.
Основными конкурентными преимуществами создаваемых порошковых композиций материалов являются повышенные магнитные характеристики, сокращение производственного цикла и повышение производительности труда при использовании механохимического синтеза и последующего азотирования.
Прогнозируемый социально-экономический эффект заключается в обеспечении снижения себестоимости изготовления машин и приборов различного назначения с повышенными эксплуатационными характеристиками, повышении их технико-экономических показателей, обеспечении гибкости производства и сокращении производственного цикла.
Использование методов механоактивации и механохимического азотирования позволит не только сократить производственный цикл получения высококоэрцитивных магнитотвердых материалов, но и обеспечит перспективность исследований в данном направлении и наиболее эффективный путь полученных результатов от разработчика к потребителю.

Текущие результаты проекта:
Изучено влияние технологических параметров механолегирования и количественного соотношения исходных компонентов на процесс получения ММ. Исходя из полученных экспериментальных данных определены оптимальные режимы вращения реакторов при механолегировании.
Результаты рентгенофазового анализа исследуемых порошков показали, что основной фазовой составляющей в образце является фаза с кристаллической решеткой соответствующей типу Th2Zn17 с небольшим содержанием a-Fe, оксида самария и SmFe3. Установлено, что при введении легирующих элементов в соединение Sm2Fe17 происходит уширение и одновременное смещение пиков принадлежащих кристаллической решетке Th2Zn17-типа, что вызвано изменением параметра кристаллической решетки при внедрении легирующих элементов в решетку.
В ходе исследований температуры Кюри полученных экспериментальных образцов установлено, что температура Кюри исходного образца Sm2Fe17 равна 139 °С, что соответствует литературным данным. Дополнительное легирование исходного образца Sm2Fe17 титаном и молибденом приводит к повышению температуры Кюри до 165 – 175 °С.
При измерении гистерезисных свойств ММ, полученных механическим легированием, установлено, что введение титана, как и молибдена приводит к уширению петли гистерезиса. Увеличение содержания титана приводит к незначительному увеличению коэрцитивной силы при незначительном снижении остаточной магнитной индукции. Одновременное введение титана и молибдена в большей степени влияет на увеличение магнитных характеристик. Сплав Sm2Fe16Ti0,5Mo0,5 обладает наилучшим комплексом свойств: остаточной магнитной индукцией, коэрцитивной силой, максимальным энергетическим произведением, температурным коэффициентом остаточной магнитной индукции.
В настоящее время проводятся экспериментальные исследования сплавов систем Sm-Fe-Nb, Sm-Fe-Ti-Nb, Sm-Fe-Mo-Nb, Sm-Fe-Ti-Mo-Nb.