Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0038

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0038
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Закрытое акционерное общество "Ассоциация Аэрокосмических Инженеров"
Название доклада
Разработка технологии получения высококоэрцитивных наноструктурированных магнитотвёрдых материалов на основе азотсодержащих интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа.
Докладчик
Пластинин Александр Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель:
Разработка композиций и лабораторной технологии получения наноструктурированных магнитотвердых 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.
Задачи исследования:
1 Разработка композиций и лабораторной технологии получения наноструктурированных МТМ на основе интерметаллических соединений 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 Проведение в материалах на основе сплавов интерметаллических соединений РЗМ с переходными металлами группы Fe систематического исследования влияния параметров процессов гидрирования и (или) азотирования на структуру и магнитные свойства синтезируемых МТМ.
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.
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.
2 Разработка эскизной конструкторской документации и изготовление макета лабораторной термогазобарической установки (ЛТГБУ) для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проекта определяется запросом инновационных секторов экономики (микро- и наноэлектроника, медицинская и авиационно-космическая техника, автомобилестроение, электротехника и др.) и, как следствие, повышенным вниманием исследователей и разработчиков МТМ к проблемам разработки новых композиций и методов получения высокоэнергетических постоянных магнитов, сочетающих высокие эксплуатационные свойства и экономические характеристики и показатели.
На сегодняшний день наиболее высокие магнитные свойства достигнуты на РЗМ МТМ, получаемых с использованием традиционных методов порошковой металлургии. Однако эти МТМ практически достигли своего теоретического предела (BH)max, кроме того, стоимость единицы запасенной в них энергии, учитывая резкий скачок цен на РЗМ в конце 2010 – начале 2011 года, также существенно увеличилась. Известные способы и технологии получения МТМ не решают вышеназванных проблем или решают неудовлетворительно. Именно это обуславливает всё возрастающее внимание исследователей к МТМ с нанокристаллической структурой (НМТМ). Метод механоактивации является перспективным методом синтеза НМТМ.
Новизна предлагаемого проекта заключается в том, что методами механоактивации с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B синтезируются новые МТМ с высокими гистерезисными свойствами и на основе полученных экспериментальных данных разрабатывается лабораторная технология их получения. При этом выполнены систематических исследований влияния различных параметров (состава сплавов, условия гидрировании/дегидрирования, азотирования) на процессы синтеза этих МТМ методами механоактивации.
Описание исследования

В соответствие с целями настоящего исследования выполнялись следующие работы:

1)         Проведение анализа научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме, и составление аналитического обзора, а также проведение сравнительной оценки эффективности возможных направлений исследований, выбор оптимальных вариантов решения задачи, в том числе методов и средств изучения структуры и свойств высококоэрцитивных МТМ, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования.

2)         Проведение патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96.

3)         Получение новых научных результатов, включая:

-           разработку составов МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B с высококоэрцитивными (ВКС) характеристиками и их синтез;

-           изготовление и исследование исследовательских образцов ВКС НМТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования, предназначенные для разработки лабораторной технологии получения ВКС МТМ на основе наноструктурированных сплавов указанных систем, включая разработку технологических решений и научных основ указанных процессов, в том числе:

(а)       исследование взаимодействия водорода и азота с выбранными сплавами, изучение возможности синтеза гидридонитридов сплавов;

(б)       прямое измерение количества теплоты, выделяемого при гидрировании сплавов, расчет значений термодинамических функций;

(в)       определение влияние режимов гидрирования, азотирования и измельчения на фазовый состав, структуру и морфологию порошков;

-           описание механизмов формирования высококоэрцитивного состояния в НМТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования;

-           получение исследовательских образцов МТМ, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования, на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B;

-           проведение фазово-структурных исследований исследовательских образцов МТМ, включая рентгеноструктурный анализ, просвечивающую и сканирующую электронную микроскопию, мёссбауэровскую спектроскопию;

-           измерение гистерезисных свойств исследовательских образцов МТМ.

4)         Разработка лабораторных методик:

-           проведения процесса гидрирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B;

-           проведения процесса азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B;

-           фазово-структурного анализа МТМ на основе сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования;

-           измерения гистерезисных свойств ВКС МТМ, полученных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования.

5)         Разработка лабораторного регламента на процесс получения с использованием процессов:

-           гидрирования и азотирования ВКС НМТМ на основе сплавов системы Nd-Fe-B;

-           азотирования или гидрирования и азотирования высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе сплавов системы Sm-Fe.

6)         Изготовление:

-           экспериментальных образцов ВКС НМТМ на основе сплавов системы Nd-Fe-B с использованием процессов азотирования или гидрирования и азотирования;

-           экспериментальных образцов ВКС НМТМ на основе сплавов системы Sm-Fe.

7)         Проведение исследовательских испытаний экспериментальных образцов высококоэрцитивных НМТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования, по разработанной Программе и методикам.

8)         Разработка эскизной конструкторской документации и изготовление макета ЛТГБУ для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа, включая:

-           изготовление приспособления для обеспечения реализации лабораторной технологии получения МТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B;

-           разработку Программы и методики испытания макета ЛТГБУ;

-           проведение испытания макета ЛТГБУ.

9)         Разработка технических требований и предложений по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.

10)      Проведение оценки полноты решения задачи и достижения поставленных целей, а также ТЭО рыночного потенциала полученных результатов.

11)      Подготовка проекта ТЗ на проведение ОТР по теме: «Разработка опытно-промышленной технологий получения с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования высококоэрцитивных магнитотвёрдых материалов на основе наноструктурированных и/или нанокомпозиционных сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа для нового поколения композиционных постоянных магнитов».

Результаты исследования

1. На основании анализа литературных данных выбраны три ключевых направления работ: (а) исследование порошков нитридов, в том числе композиционных, на основе сплавов Sm-Fe; (б) исследование быстрозакалённых сплавов Nd-Fe-B; (в) исследование наноструктурированных порошков сплавов Nd-Fe-B после HDDR-обработки, а также определены способы решения поставленных задач на каждом из указанных направлении и методы и средства изучения структуры и магнитных свойств порошков МТМ на основе сплавов Sm-Fe и Nd-Fe-B.

2. Осуществлена разработка научных основ процессов гидрирования и азотирования, исследованы закономерности формирования высококоэрцитивного состояния в НМТМ на основе сплавов Sm-Fe и Nd-Fe-B, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования. В том числе, выполнены комплексные исследования структуры, фазового состава и магнитных свойств порошков сплавов Sm-Fe после азотирования. Проведён ДСК анализ системы Sm2Fe17 – H2. Проведены исследования по изучению влияния различных сред на процессы измельчения быстрозакалённых сплавов системы Nd-Fe-B после различных видов газотермической обработки и определены оптимальные условия синтеза высококоэрцитивных порошков. Выполнены исследования многослойных плёнок Sm2Fe17/α-Fe с чередующимися не менее 5 и 10 раз парами слоёв толщиной 15/15 нм и 10/10 нм соответственно, не имеющие аналогов в мире.

3. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований проведено экспериментальное определение оптимальных технологических решений для получения высококоэрцитивных НМТМ на основе сплавов Sm-Fe и Nd-Fe-B, синтезируемых с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования.

4. Разработаны лабораторные методики:

- гидрирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B;

- азотирования сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B;

- фазово-структурного анализа МТМ на основе сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа, синтезированных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования;

- измерения гистерезисных свойств высококоэрцитивных МТМ, полученных с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования.

5. Разработаны лабораторные регламенты на процессы получения с использованием процессов:

- гидрирования и азотирования высококоэрцитивных НМТМ на основе сплавов Nd-Fe-B;

- азотирования или гидрирования и азотирования высококоэрцитивных НМТМ на основе сплавов Sm-Fe.

6. Выполнены исследования рынка лабораторных установок для гидрирования и азотирования сплавов, а также имеющейся патентной информации о конструкциях такого рода установок. Определена компоновка, уточнены технические характеристики, разработано ТЗ на проектирование и эскизная конструкторская документация, изготовлен макет ЛТГБУ для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа, включая:

- изготовление приспособления для обеспечения реализации лабораторной технологии получения МТМ на основе сплавов Sm-Fe и Nd-Fe-B;

- разработку Программы и методики испытания макета ЛТГБУ;

- проведение испытания макета ЛТГБУ.

7. Разрабатывается проект ТЗ на проведение ОТР по теме: «Разработка опытно-промышленной технологий получения с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования высококоэрцитивных магнитотвёрдых материалов на основе наноструктурированных и/или нанокомпозиционных сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа для нового поколения композиционных постоянных магнитов».

Практическая значимость исследования
1. Разработанные высококоэрцитивные НМТМ на основе сплавов систем Sm-Fe и Nd-Fe-B с повышенными, по сравнению с известными аналогами, гистерезисными характеристиками и технологии их получения с использованием процессов гидрирования и (или) азотирования, обеспечивают качественный прорыв в развитии отечественного материаловедения МТМ и предназначены для использования при производстве существующей и/или проектировании образцов новой техники и/или продукции электронной, радиоэлектронной, радиотехнической промышленности, приборостроения, медицины и бытовой техники, в том числе, приводов и магнитных муфт, стартеров и генераторов, центрифуг, турбодвигателей, датчиков перекачивающих насосов, прецизионных приборных систем авиационных и космических объектов, систем локации и акустики, магнитных систем для различного типа протезов, омагничивателей и т.п. В частности, применение анизотропных магнитопластов с повышенной (BH)max на основе разрабатываемых МТМ обеспечит миниатюризацию двигателей, генераторов, различных магнитоэлектрических устройств и приборов.
2. Созданная в рамках проекта эскизная конструкторская документация и экспериментальный образец (макет) ЛТГБУ для гидрирования и азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа могут быть использованы при разработках новых и совершенствовании существующих технологий изготовления: (а) МТМ на основе сплавов РЗМ с ПМ группы железа с высокими гистерезисными характеристикам; (б) функциональных материалов, в том числе наноматериалов, с особыми электрическими, физико-химическими и тепловыми свойствами, а также (в) станут основой создания масштабируемой автоматизированной ТГБУ для применения в научно-исследовательской практике (физическое материаловедение функциональных материалов) и наукоёмких секторах экономики (микро- и наноэлектроника, возобновляемая энергетика, биохимия, медицина и др.).
3. Полученные в рамках исследования результаты использованы при разработке проектов учебно-методических материалов и программ их внедрения в образовательный процесс Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и НИТУ «МИСиС».