Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка системы контроля магнитных свойств сфероидизированных порошков магнитомягких сплавов и изготовленных из них при помощи аддитивных и MIM технологий миниатюрных технических устройств и электронных компонентов

Номер контракта: 14.578.21.0128

Руководитель: Баутин Василий Анатольевич

Должность: ведущий научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
тонкодисперсный порошок, прецизионный сплав, аддитивная технология, восстановление, расплав хлоридов, термообработка, наноструктура, гранулирование, отходы металлургических производств

Цель проекта:
В настоящее время изготовление миниатюрных технических устройств и электронных компонентов из тонкодисперсных металлических порошков при помощи аддитивных и MIM технологий находит все более широкое применение в приборостроении. При использовании данных технологий для изготовления изделий применяется спекание металлического порошка путем локального или общего нагрева: например, для селективного лазерного плавления при аддитивном производстве применяется локальный нагрев порошка при помощи лазерного луча, а в случае MIM технологий – общий нагрев изделия в печи. Однако при нагреве магнитомягких материалов их магнитные свойства могут значительно изменятьсяа, а учитывая специфику аддитивных и MIM технологий, полученное из порошка магнитомягкого сплава изделие может обладать различными магнитными характеристиками на различных участках его поверхности. Кроме того, требуется проведение входного контроля магнитных свойств порошка магнитомягкого сплава. Таким образом, существует проблема контроля локальных магнитных свойств порошка и изготовляемого из него изделия. В настоящее время методики измерения локальных магнитных свойств изделий и порошков отсутствуют. Данную проблему представляется возможным решить только при помощи создания чувствительного сканирующего магнетометра с датчиком на основе гигантского магнитного импеданса (ГМИ-датчика), обладающего высокой чувствительностью по магнитному полю и пространственным разрешением. Таким образом, целью проекта является разработка системы контроля магнитных свойств сфероидизированного порошка магнитомягкого сплава типа 27КХ и миниатюрного Г-образного элемента технического устройства, изготовленного из него при помощи аддитивных и MIM технологий.

Основные планируемые результаты проекта:
1 Изготовление экспериментальных образцов сфероидизированного порошка магнитомягкого сплава типа 27КХ для аддитивных и MIM технологий и миниатюрного Г-образного элемента технического устройства из сфероидизированного порошка магнитомягкого сплава типа 27КХ;
2 Разработка и изготовление Установки контроля магнитных свойств магнитомягких порошков и миниатюрных изделий (далее – Установка);
3 Разработка программного обеспечения управления Установкой;
4 Разработка Лабораторного регламента контроля магнитных свойств сфероидизированного порошка магнитомягкого сплава типа 27КХ и миниатюрного Г-образного элемента технического устройства, изготовленного из него при помощи аддитивных и MIM технологий;
5 Проведение исследовательских испытаний магнитных свойств порошка магнитомягкого сплава 27КХ и изготовленного из него миниатюрного Г-образного элемента технического устройства;
6 Разработка Проекта технического задания на выполнение ОКР по теме: «Разработка системы контроля магнитных свойств миниатюрных технических устройств и электронных компонентов при их серийном производстве из порошков магнитомягких сплавов при помощи аддитивных и MIM технологий» и Рекомендаций по промышленному применению разработанной системы контроля магнитных свойств сфероидизированных порошков магнитомягких сплавов и изготовленных из них при помощи аддитивных и MIM технологий миниатюрных технических устройств и электронных компонентов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Основными элементами разрабатываемой системы контроля магнитных свойств сфероидизированных порошков магнитомягких сплавов и изготовленных из них при помощи аддитивных и MIM технологий миниатюрных технических устройств и электронных компонентов будут являться Установка контроля магнитных свойств магнитомягких порошков и миниатюрных изделий и программное обеспечение (далее - ПО) управления Установкой.
Установка должна включать:
- немагнитный XYZ сканер;
- держатели образцов;
- ГМИ-магнитометр с датчиком измерения магнитного поля на основе гигантского магнитного импеданса (ГМИ-датчик): ГМИ-датчик и регистрирующая электроника ГМИ-датчика;
- система намагничивания образца и задания магнитного поля;
- система размагничивания образца;
- система магнитных экранов.
Установка должна обеспечивать:
- измерение величины локального магнитного поля вблизи поверхности образца в диапазоне от минус 1 Э до плюс 1 Э;
- чувствительность измерения величины локального магнитного поля вблизи поверхности образца не хуже 10-4 Э;
- область сканирования поверхности образца по координате X, не менее 10 мм, Y, не менее 10 мм, Z, не более 10 мм с шагом не менее 20 мкм;
- намагничивание образца магнитным полем до 100 Э;
- размагничивание образца знакопеременным затухающим магнитным полем частотой 50 Гц;
- задание магнитного поля в диапазоне от минус 20 Э до плюс 20 Э;
- ослабление внешнего магнитного поля Земли не менее чем в 500 раз;
- использование в качестве датчика, регистрирующего величину магнитного поля, миниатюрного ГМИ-датчика на основе аморфных ферромагнитных микропроводов;
- контроль магнитных свойств магнитомягких порошков и миниатюрных изделий при следующих условиях:
- температура окружающей среды, ºС: от 10 до 35;
- атмосферное давление, мм. рт. ст.: от 740 до 770;
ПО управления Установкой должно обеспечивать функционирование следующих подсистем:
- подсистема управления немагнитным XYZ сканером;
- подсистема управления ГМИ-магнитометра;
- подсистема обработки и визуализации экспериментальных данных.Порошки магнитомягкого сплава типа 27КХ для MIM технологии должны соответствовать следующим требованиям:
- размер частиц порошка должен быть в пределах 0,5-10 мкм с D50 (диаметр 50 % частиц порошка) = 4-7 мкм;
- частицы порошка должны иметь сферическую, равноосную форму: коэффициент 1,2-1,3;
- угол естественного откоса порошка при уплотнении должен быть около 55○;
- порошок должен быть низкотоксичным и взрывобезопасным;
- должны отсутствовать комки (агломерация) и посторонние примеси;
- не допускается наличие внутренних пор в частицах порошка.
Порошки магнитомягкого сплава типа 27КХ для аддитивных технологий должны соответствовать следующим требованиям:
- размер частиц порошка должен быть в пределах 20-60 мкм с D50 (диаметр 50 % частиц порошка) = 30-40 мкм;
- частицы порошка должны иметь сферическую, равноосную форму: коэффициент 1,2-1,3;
- должны отсутствовать комки (агломерация) и посторонние примеси;
- не допускается наличие внутренних пор в частицах порошка.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанную систему контроля можно применять для контроля магнитных свойств сфероидизированных порошков магнитомягких сплавов и изготовленных из них при помощи аддитивных и MIM технологий миниатюрных технических устройств и электронных компонентов. Данная система контроля может быть востребована:
- на предприятиях приборостроительной отрасли для проведения входного и выходного контроля при производстве продукции;
- в лабораториях научно-исследовательских институтов и научных центров для исследования магнитных свойств различных порошков магнитомягких сплавов и объектов, имеющих неравномерное распределение магнитного поля по поверхности.
В перспективе разрабатываемую систему будет возможно эффективно применять для контроля микроструктуры и обнаружения дефектов типа нарушения сплошности различного класса материалов, соединений материалов в том числе полиметаллических созданных с использованием аддитивных и MIM технологий: трещины, раковины, не проплавленные области, поры и т.п., а также использовать для определения степени размагниченности изделий после магнитного контроля.

Текущие результаты проекта:
1 Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей проблемы контроля магнитных свойств порошков магнитомягких сплавов и изготовленных из них миниатюрных изделий при помощи аддитивных и MIM технологий, в том числе обзор научных информационных источников;
2 Проведены патентные исследования в соответствии ГОСТ Р 15.011-96 способов контроля магнитных свойств порошков магнитомягких сплавов и изготовленных из них миниатюрных изделий при помощи аддитивных и MIM технологий;
3 Проведено обоснование и выбор оптимального варианта направления исследований;
4 Разработаны научные основы контроля магнитных свойств сфероидизированного порошка магнитомягкого сплава типа 27КХ и изготовленных из них при помощи аддитивных и MIM технологий миниатюрных технических устройств и электронных компонентов;
5 Разработаны Технические требования на Установку и программное обеспечение системы контроля магнитных свойств магнитомягких порошков и миниатюрных изделий;
6 Закуплено оборудование, необходимое для получения порошка магнитомягкого сплава типа 27КХ:
- Реактор (объем 1,6 м3, мешалка якорная, рубашка, эмаль);
- Реактор (объем 0,6 м3, мешалка якорная, полипропилен);
- Измельчитель струйный (до 30 кг/час);
- Аттритор.