Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения высококоэрцитивных наноструктурированных магнитотвёрдых материалов на основе азотсодержащих интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
магнитотвёрдые материалы, интерметаллические соединения рзм, магнитокристаллическая анизотропия, наноструктурированные материалы, нанокристаллические интерметаллиды, гидрирование, азотирование, высококоэрцитивное состояние, механохимический синтез, механическое легирование, быстрая закалка, спиннингование

Цель проекта:
1. Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализуемый проект. 1.1 Разработка композиций и лабораторной технологии получения наноструктурированных магнитотвёрдых материалов (МТМ) на основе интерметаллических соединений редкоземельных металлов (РЗМ) с переходными металлами группы железа, обладающих остаточной намагниченностью (Br) не менее 1,20 Тл и коэрцитивной силой (Hci) более 720 кА/м, в том числе: 1.1.1 Проведение в материалах на основе сплавов интерметаллических соединений редкоземельных металлов (РЗМ) с переходными металлами группы Fe систематического исследования влияния различных параметров процессов гидрирования и (или) азотирования на структуру и магнитные свойства синтезируемых МТМ. 1.1.2 Развитие существующей феноменологической модели процесса синтеза МТМ на основе гидридов и (или) нитридов сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, а также разработка научных основ лабораторной технологии получения наноструктурированных МТМ на основе гидридов и (или) нитридов для постоянных магнитов с улучшенными характеристиками. 1.1.3 Разработка лабораторной технологии получения высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе гидридов и (или) нитридов сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, обладающих остаточной намагниченностью (Br) не менее 1,20 Тл и коэрцитивной силой (Hci) более 720 кА/м. 1.2 Разработка эскизной конструкторской документации и изготовление макета лабораторной термогазобарической установки (ЛТГБУ) для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа. 2. Формулировка цели реализуемого проекта. Разработка композиций и лабораторной технологии получения наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений редкоземельных металлов (РЗМ) с переходными металлами группы железа, обладающих остаточной намагниченностью (Br) не менее 1,20 Тл и коэрцитивной силой (Hci) более 720 кА/м.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
1.1 С использованием процессов гидрирования и азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, а также процессов измельчения и термообработки гидрированных и азотированных сплавов, должны быть получены наноструктурированные порошки высококоэрцитивных МТМ из сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B.
1.2 Должны быть разработаны лабораторная методика и проект лабораторного технологического регламента на процесс получения МТМ на основе сплавов системы Nd-Fe-B с использованием процессов гидрирования и азотирования.
1.3 Должны быть разработаны лабораторная методика и проект лабораторного регламента на процесс получения МТМ на основе сплавов системы Sm-Fe с использованием процессов азотирования или гидрирования и азотирования.
1.3 Должны быть выполнены исследования фазового состава, структуры и магнитных свойств экспериментальных образцов высококоэрцитивных НС МТМ, приготовленных с использованием процессов гидрирования и азотирования, в том числе согласно разработанным на этапе 2 ПНИ лабораторным методикам измерения гистерезисных свойств и проведения фазово-структурного анализа.
1.4 Должны быть изготовлены отдельные узлы ЛТГБУ: вакуумная система, два независимых контура подачи газов, буферные калиброванные ёмкости, система регенерации, накопления и очистки водорода с термостатирующей рубашкой, система нагрева и др.
1.5 Должны быть изготовлены приспособления для обеспечения реализации лабораторной технологии получения МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B: плавильный блок (кристаллизатор) для выплавки сплавов в вакуумной дуговой печи и контейнер для газотермобарической обработки, транспортировки и хранения порошков МТМ.
1.6 Методом вакуумной индукционной плавки должны быть выплавлены лигатуры и сплавы для исследований, проведен гомогенизирующий отжиг сплавов и изготовлены образцы.
1.7 Выполнены исследования по определению химического (методом РФА) и фазового (методами РСА) состава лигатур и сплавов для исследований в исходном состоянии (после выплавки) и после гомогенизации.
2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), научной (научно-технической, инновационной) продукции.
2.1 Оптимальные композиции и оптимальные режимы реализации наноструктурированных магнитотвердых материалов (МТМ) на основе гидридов и (или) нитридов интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа с требуемым уровнем характеристик.
2.2 Проекты лабораторного регламента (i) на процесс получения с использованием процессов гидрирования или гидрирования и азотирования высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов систем Nd-Fe-B; (ii) на процесс получения с использованием процессов азотирования или гидрирования и азотирования высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe.
2.3 Эскизная конструкторская документация и макет лабораторной термогазобарической установки для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.
1.1 Лабораторные образцы МТМ, синтезированные с использованием с использованием процессов гидрирования или гидрирования и азотирования, обладающих остаточной намагниченностью (Br) не менее 1,20 Тл и коэрцитивной силой (Hci) более 720 кА/м.
1.2 Лабораторные методики (i) проведения процесса гидрирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B; ii) проведения процесса азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B.
1.3 Проекты лабораторного регламента (i) на процесс получения с использованием процессов гидрирования и азотирования высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов систем Nd-Fe-B; ii) на процесс получения с использованием процессов азотирования или гидрирования высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe.
1.4 Эскизная конструкторская документация и макет лабораторной термогазобарической установки для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы Fe.
2. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик.
Использование различных схем гидрирования или гидрирования и азотирования позволяет управляемо формировать наноструктурированное состояние в сплавах систем Sm-Fe и Nd-Fe-B с последующей низкотемпературной термообработкой по различным режимам для повышения гистерезисных свойств МТМ на их основе.
3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Достигнутый мировой уровень (работы Хаджипанайса с коллегами) для порошков, полученных методом высокоэнергетического измельчения порошков сплавов (Sm, Pr)2(Co, Fe)17 получены МТМ с Br = 10.2 кГс, Hci = 14 кЭ.
Результаты настоящей ПНИ на порошках быстрозакаленных сплавов систем Nd-Fe-B и Sm-Fe по уровню свойств соответствуют или превосходят уровень отечественных и зарубежных передовых и перспективных разработок в этой области. В результате выполнения настоящей ПНИ будут созданы основы для разработки промышленной технологии получения высококоэрцитивным МТМ на основе нитридов сплавов Sm-Fe. Эта промышленная технология не имеет аналогов не только на отечественном рынке, но и на мировом, что и определяет ее привлекательность как с экономической, так и научной точек зрения.
4. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
4.1 Разработка и оптимизация режимов и сочетание комбинированных цепочек процессов азотирования или гидрирования и азотирования для получения наноструктурированных порошков из сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B.
4.2 Построение корреляционных зависимостей параметров и характеристик МТМ, синтезированных с использованием различных технологических схем, включающих различные сочетания процессов гидрирования, азотирования и механактивации.
4.3 Применение последующей низкотемпературной термообработки по различным режимам для повышения гистерезисных свойств синтезированных образцов.
Технические и методические ограничения и риски 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 результат или планируемая на их основе инновационная продукция).
Новые композиционные постоянные магниты на основе разработанных МТМ 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.
2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Результаты ПНИ предназначены: для использования при проведении опытно-технологических работ, направленных на создание технологий получения с использованием нового поколения композиционных постоянных магнитов с улучшенными технико-экономическими характеристиками.
3. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.
Композиционные постоянные магниты на основе разработанных МТМ могут обеспечить разработку новых типов продукции в электронной, радиотехнической промышленности, приборостроении, медицинской технике, товаров народного потребления.
4. Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.
Результаты ПНИ будут способствовать: развитию кооперации с ведущими исследовательскими организациями и специализированными производственными предприятиями; реализации совместных исследовательских программ; повышению качества и уровня подготовки специалистов благодаря разработке проектов учебно-методических материалов и программы внедрения в образовательный процесс НИТУ «МИСиС» результатов ПНИ.

Текущие результаты проекта:
1 Выполнены эксперименты с процессами гидрирования и азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, а также с процессами измельчения и термообработки гидрированных и азотированных порошков указанных сплавов, на основе которых строится лабораторная технология получения высококоэрцитивных наноструктурированных магнитотвёрдых материалов (НС МТМ).
2 Разработана лабораторная методика проведения процесса гидрирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B.
3 Разработана лабораторная методика проведения процесса азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B.
4 Изготовлены исследовательские образцы высококоэрцитивных НС МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B с использованием процессов гидрирования и азотирования по разрабатываемой технологии.
5 Выполнены комплексные структурного состояния и свойств экспериментальных образцов высококоэрцитивных НС МТМ, приготовленных с использованием процессов гидрирования и азотирования, в том числе согласно разработанным на этапе 2 ПНИ лабораторным методикам измерения гистерезисных свойств и проведения фазово-структурного анализа.
6 Разработан проект лабораторного регламента на процесс получения с использованием процессов гидрирования и азотирования НС МТМ на основе сплавов системы Nd-Fe-B.
7 Разработан проект лабораторного регламента на процесс получения с использованием процессов азотирования или гидрирования и азотирования НС МТМ на основе сплавов системы Sm-Fe.
8 Изготовлены отдельные узлы ЛТГБУ: вакуумная система, два независимых контура подачи газов, буферные калиброванные ёмкости, система регенерации, накопления и очистки водорода с термостатирующей рубашкой, система нагрева.
9 Изготовлены приспособления для обеспечения реализации лабораторной технологии получения МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B: плавильный блок (кристаллизатор) для выплавки сплавов в вакуумной дуговой печи и контейнер для газотермобарической обработки, транспортировки и хранения порошков МТМ.
10 Методом вакуумной индукционной плавки выплавлены лигатуры и сплавы для исследований по п. 4.1.1 и изготовления исследовательских образцов по п. 4.1.2. Проведен гомогенизирующий отжиг сплавов. Изготовлены образцы.
11 Выполнены исследования по определению химического (методом РФА) и фазового (методами РСА) состава лигатур и сплавов для исследований в исходном состоянии (после выплавки) и после гомогенизации.
Полученные результаты полностью соответствуют требованиям к выполняемому проекту: календарному плану и техническому заданию.