Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0087

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0087
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого"
Название доклада
Разработка технологии получения перспективных магнитотвердых материалов на базе многокомпонентной системы Sm-Fe-Ti-Nb-Mo-N.
Докладчик
Веревкин Александр Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
- Разработка научных основ и эффективных методов управления составом, структурой и свойствами наноструктурированных магнитотвердых материалов (МТМ) 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) ≥ 400 °С.
Актуальность и новизна исследования
Одной из задач технологической платформы «Материалы и технологии металлургии» является разработка технологии получения магнитотвердых и магнитомягких сплавов (в том числе нанокристаллических и наноструктурированных) на основе железа, кобальта и редкоземельных материалов, включая феррокомпозиты на основе кристаллических, аморфных и нанокристаллических порошков. Данные материалы предназначаются для изготовления сенсоров, реле, трансформаторов, электрических машин и приборов различного назначения с повышенными в 1,5 раза эксплуатационными характеристиками.
В последние годы резко возрос интерес к исследованию магнетизма соединений с высоким содержанием железа типа R2Fe17 и R(Fe,T)12 (где Т = Ti, V, Mo, W, Cr, Si) в связи с получением на их основе новых соединений (например, соединение Sm2Fe17N3) с малыми атомами легких элементов внедрения, такими как азот и углерод, обладающими температурами магнитного упорядочения и эффективными полями магнитной анизотропии, превосходящими соответствующие значения для соединения Nd2Fe14B. Известно, что в РЗ интерметаллидах при внедрении атомов легких элементов в междоузлия кристаллической решетки образуются твердые растворы внедрения. Несмотря на достаточно большое количество работ, посвященных изучению магнитных свойств соединений с легкими атомами внедрения, эти соединения до сих пор остаются недостаточно исследованными (в частности, из-за сложности получения монокристаллических образцов), хотя и крайне интересными объектами для физики магнитных явлений и техники.
Описание исследования

Порошки ММ на основе систем: Sm-Fe-Ti, Sm-Fe-Mo, Sm-Fe-Nb, Sm-Fe-Ti-Mo, Sm-Fe-Ti-Nb, Sm-Fe-Mo-Nb, Sm-Fe-Ti-Mo-Nb были получены методом механического легирования в защитной атмосфере из чистых порошков исходных компонентов.

Азотирование полученных порошковых сплавов осуществляли в интервале температур 400 - 500 °С в токе азота, либо при избыточном давлении.

В ходе проведенных исследований установлено, что для изготовления экспериментальных образцов МТМ наиболее оптимальным способом получения является: механическое легирование с последующим азотированием в печи при температуре 420 °С, давлении до 5 атм. и длительностью до 10 часов.

Результаты исследования

Метод механического легирования и азотирования путем отжига в азотосодержащей атмосфере были получены МТМ на основе систем: Sm-Fe-Ti, Sm-Fe-Mo, Sm-Fe-Nb, Sm-Fe-Ti-Mo, Sm-Fe-Ti-Nb, Sm-Fe-Mo-Nb, Sm-Fe-Ti-Mo-Nb. 
Установлено, что при азотировании происходит уширение и одновременное смещение пиков принадлежащих кристаллической решетки Th2Zn17-типа за счет внедрения атомов азота в октаэдрические пустоты и увеличения параметров кристаллической решетки, что приводит к повышению температуры Кюри со 139 °С  (у исходного сплава Sm2Fe17) до 450 – 470 °С  в зависимости от времени азотирования. За счет легирования температуру Кюри удается дополнительно поднять до 490 °С. 

При исследовании влияния легирования на фазообразование при азотировании показано, что дополнительное легирование увеличивает скорость азотирования. В связи с этим, длительность процесса азотирования ограничивали 10 часами.

Результаты рентгенофазового анализа исследуемых порошков показали, что при азотировании происходит уширение и одновременное смещение пиков принадлежащих кристаллической решетки Th2Zn17-типа. Это связано с тем, что азот внедряется в решетку Th2Zn17-типа, занимает октаэдрические пустоты, в результате происходит резкое увеличение параметра кристаллической решетки. С увеличением времени азотирования параметры решетки увеличиваются, что свидетельствует о повышении содержания азота в ней. Введение титана и ниобия ускоряет процесс азотирования. При достижении содержания азота в сплаве предельного значения (х = 3), начинается постепенная деградация сплава Sm2Fe17N3 с образованием фаз a-Fe и нитрида самария SmN, при этом параметр кристаллической решеткой Th2Zn17-типа уменьшается.

При измерении гистерезисных свойств МТМ, полученных механическим легированием, установлено, что Единственным материалом удовлетворяющим требованиям п. 4.2.1 ТЗ является Sm2Fe14.95Nb0.8Ti0.5 после 7,5 часов азотирования Hc = 853 кА/м, Br = 1253 мТ, (BH)max = 257,86 кДж/м3, ΔBr/ΔT = -0,18 %/С. Кроме того, перспективными материалами являются Sm2Fe14.95Nb0.8TiMo0.25 после 10 часов азотирования Hc = 767 кА/м, Br = 953 мТ, ΔBr/ΔT = -0,17 %/С и Sm2Fe16Nb0.5Ti0.5 после 10 часов азотирования Hc = 770 кА/м, Br = 1062 мТ, ΔBr/ΔT = -0,11 %/С.

Практическая значимость исследования
Разработка технологии получения магнитотвердых сплавов на основе железа и редкоземельных материалов является одной из задач технологической платформы «Материалы и технологии металлургии».
Разрабатываемые сплавы могут быть широко использованы при изготовлении постоянных магнитов, в отраслях промышленности, использующих мощные двигатели, газовые генераторы энергии, включая автомобильную и оборонную отрасли, где магнитные компоненты должны работать при повышенных температурах или в среде, вызывающей коррозию и т.д.