Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0037

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0037
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Разработка технологии получения высококоэрцитивных наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе азотосодержащих интерметаллических соединений редкоземельных металлов с переходными металлами группы железа
Докладчик
Тарасов Вадим Петрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель: Разработка композиций наноструктурированных магнитотвердых материалов на основе интерметаллических соединений редкоземельных металлов (РЗМ: Nd, Dy, Tb, Sm) с переходными металлами группы железа, обладающих остаточной намагниченностью (Br) не менее 1,20 Тл и коэрцитивной силой (Hci) более 720 кА/м.
Основные задачи и предлагаемые методы их решения: Повышение уровня магнитных и температурных характеристик ВНМТМ путем легирования их тяжелыми редкими металлами и исследование механизма формирования высококоэрцитивного состояния; Повышения качества структуры ВНМТМ за счет получения монокристаллов на их основе, а также установление оптимальных режимов их роста; Исследование и установление оптимального содержания азота в ВНМТМ и разработка технологии его введения в материал; Модернизация промышленных установок для азотации ВНМТМ и для выращивания монокристалловна их основе с целью достижения необходимых технологических режимов.
Актуальность и новизна исследования
В результате выполнения ПНИ будут получены следующие научные и научно-технические результаты:
разработаны составы наноструктурированных МТМ с высокими гистерезисными характеристиками. исследованы композиции Nd-Dy(Tb)-Fe(Co), Sm-Co(Fe) и экспериментально определены оптимальные режимы получения высококоэрцитивных наноструктурированных магнитотвердых материалов.
выполнены комплексные исследования, устанавливающие связь между параметрами получения порошков (нитридов) наноструктурированных МТМ и их структурой, и свойствами с использованием передовых методик. описаны механизмы формирования высококоэрцитивного состояния в МТМ, синтезированных с использованием процессов азотирования. проведены исследования по влиянию тяжелых редких металлов на магнитные и температурные характеристики высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе азотосодержащих сплавов РЗМ.
Описание исследования

В процессе выполнения проекта проведенные информационно-аналитические исследования позволили выбрать направления исследований и определить наиболее перспективные технологические приемы, использование которых позволяет решить данные проблемы и выполнить требования ТЗ на выполнение прикладных научных исследований.
Проведенные исследования по оптимизации технологии получения сплава Nd-Fe-B с содержанием фазы Nd2Fe14B более 90%, показали, что технология изготовления магнитов Nd-Fe-B с (ВН)мах≥360 кДж/м3 обязательно должна включать операцию гомогенизации слитков сплава при температуре 1000-1050 °С.
В работе исследованы базовые принципы получения высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ разрабатываемой технологии. Проведены экспериментальные исследования по оптимизации химического и фазового состава, коррозионной стойкости и режимов азотирования МТМ на основе сплавов Sm-Fe-N, легированного Zr и Cо. Определены взаимосвязи параметров изготовления и получаемой структуры высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе азотосодержащих сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа, необходимые для последующей апробации результатов на опытном участке индустриального партнера и разработки лабораторной технологической инструкции получения высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ.
В результате исследования установлено положительное влияние Со на температурную стабильность и коррозионную стойкость МТМ. Определены основные параметры процесса азотирования МТМ Sm2Fe17, полученных методом механического сплавления и индукционной плавки, а также рассмотрена их зависимость от содержания Со и Zr.
Рассмотрено влияние добавок Nd, Dy, Tb на магнитные параметры данных МТМ. Установлено, что минимальные добавки Dy и Tb (до 2%) оказывают отрицательное воздействие на коэрцитивную силу jHc МТМ, в то время как введение в сплав 2% Nd повышает ее на 12-15%.
Разработаны технологические основы получения монокристаллических материалов Sm-Fe-N и изготовлены экспериментальные образцы МТМ. Определены направления дальнейших исследований и способы решения поставленных задач.
Проведены исследования по разработке и оптимизации технологии получения азотосодержащих ВНМТМ на основе сплавов РЗМ и переходных металлов группы железа методами порошковой металлургии.
Установлено, что использование технологии азотации в атмосфере аммиака позволяет уменьшить продолжительность процесса в 4 раза, по сравнению с технологией азотации в атмосфере азота. При этом оптимальным режимом азотации является: азотация в атмосфере аммиака в течении 4 часов при температуре 450ºС.
Обнаружено, что введение мелкодисперсного порошка цинка в количестве 3-5% в порошок ВНМТМ улучшает его прессуемость и позволяет повысить плотность прессовок более чем на 5 %, при этом удельное давление прессования ВНМТМ должно составлять не менее 10 МПа.
Установлено, что оптимальной температурой спекания ВНМТМ Sm2Fe17N3 с 3-5% цинка (для достижения максимальной плотности и максимальной остаточной индукцией) является температура 440-445С.
По результатам проведенных работ разработана лабораторная технологическая инструкция получения высококоэрцитивных наноструктурированных МТМ на основе азотосодержащих сплавов РЗМ с переходными металлами группы железа.

Результаты исследования

В ходе выполнения прикладных научных исследований в 2014-2016 г.:
• Установлены основные направления исследований в области методов получения сплавов РЗМ с переходными металлами и их азотирования. Наиболее перспективными материалами для достижения требуемых магнитных характеристик признаны МТМ на основе систем Sm-Fe-Co и Nd-Fe-Co–B.
• Определены наиболее эффективные методы азотирования сплавов РЗМ с переходными металлами: азотирование в атмосфере азота при температурах 700-720К при его избыточном давлении 0,1-0,3 атм и азотирование в атмосфере аммиака при температурах 700-720К.
• Разработаны комплекты КД на модернизацию установок СНВЭ-1.3.1 и «Кристаллизатор-203» и проведена их модернизация.
• Проведены исследование по выбору наиболее эффективных легирующих добавок для повышения магнитных, коррозионных и температурных характеристик сплавов Nd-Fe-B в композиционных МТМ на основе систем Sm-Fe-N и Nd-Fe-B.
• Разработана и успешно апробирована новая методика определения химического и фазово-структурногоо состава наноструктурированных МТМ на основе азотосодержащих интерметаллидов РЗМ- Fe.
• Установлены режимы прессования ВНМТМ. Разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов ВНМТМ. Разработана лабораторная методика измерения гистерезисных и температурных характеристик ВНМТМ.
• Изготовлена первая партия экспериментальных образцов ВНМТМ в количестве 10 штук. В процессе изготовления экспериментальных образцов было установлено, что в случае выплавки слитков с массой более 2 кг в составе ВНМТМ содержание немагнитной фазы α-Fe составляет в 1,5-1,7 раза большее, чем при выплавке слитков с массой 1 кг). Проведены исследовательские испытания первой партии экспериментальных образцов ВНМТМ. Проведена корректировка лабораторной технологической инструкции по результатам испытаний первой партии экспериментальных образцов ВНМТМ. В ходе поведенных в процессе корректировки ТИ работ было установлено, что для слитков массой 2-3 кг минимальное время гомогенизации должно быть увеличено до 48 часов.

Практическая значимость исследования
Область применения - предприятия РФ по производству постоянных магнитов (Основные потребители термостабильных ПМ в РФ: ФГУП «НПЦАП», ОАО «Корпорация «МИТ», ФГУП НТЦ «Заря», ОАО «РПЗ», ОАО «КЭМЗ», концерн «РУСЭЛПРОМ» и др.). Использование результатов исследований (внедрение разработанной технологии) на предприятиях - производителях магнитов позволит улучшить характеристики конечных изделий всем потребителям ПМ в РФ и повысить конкурентоспособность их продукции.
Объем потребления термостабильных магнитных материалов в РФ за последние 2 года вырос в 1,9 раза и составил в 2013 г. более 140 млн. руб. Будущее потребление Nd-Fe-B магниты для электродвигателей и компьютерных дисководов и турбины ветрогенераторов (Новый быстрорастущий рынок – 50% в год до 2015 г.)
Опытно-поисковые работы по внедрению результатов проекта в ОАО НПО «Магнетон» будет производиться параллельно проводимым исследованиям.