RU2024084C1

RU2024084C1 - Process of manufacture of permanent magnet

Info

Publication number: RU2024084C1
Authority: RU
Inventors: С.М. Егоров; Е.Б. Шаморикова
Original assignee: Инженерный центр "Энергия"
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: process of manufacture of permanent magnet involves preliminary milling of alloy, grinding, compacting in magnetic field, sintering and thermal treatment. Billets are compacted from powder based on iron and containing boron, cobalt and at least one element selected from group including gallium, scandium, beryllium with following proportion of components, atomic per cent: boron 5.0-9.0; cobalt 0.01-19.0; and at least one element selected from group including neodymium, praseodymium, terbium, laudanum, cerium, dysprosium, 14.5-20.0; at least one element from group containing molybdenum, aluminium, titanium, niobium 0.01-3.0; at least one element selected from group containing gallium, scandium, beryllium 0.005-2.2; iron being the balance. Prior to sintering powder is preliminarily kept in vacuum at 300-400 C for the course of 0.16-0.30 H, after this it is cured in vacuum repeatedly at 700-900 C for the course 0.5-1.5 H to restoration of vacuum of 10^-3 mm Hg. EFFECT: facilitated manufacture, improved properties of magnet. 2 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления постоянных магнитов на основе РЗМ - железо-бор. The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for manufacturing permanent magnets based on rare-earth metals - iron-boron.

Изобретение может быть использовано для изготовления магнитов для устройств электронной, электротехнической, приборостроительной и бытовой техники. The invention can be used for the manufacture of magnets for electronic, electrical, instrument-making and household appliances.

Известен способ изготовления постоянного магнита из сплавов на основе железа, содержащих неодим, бор, металл, выбранный из группы, содержащей диспpозий, включающий выплавку сплава, дробление слитков, размол, ориентировку частиц порошка в магнитном поле, прессование, спекание, отжиг, охлаждение до комнатной температуры со скоростью 20-600 град/мин [1]. A known method of manufacturing a permanent magnet from iron-based alloys containing neodymium, boron, a metal selected from the group consisting of dysprosium, including alloy smelting, crushing of ingots, grinding, orientation of powder particles in a magnetic field, pressing, sintering, annealing, cooling to room temperature temperature at a speed of 20-600 deg / min [1].

Недостатком этого способа является наличие большого числа пор, которые снижают плотность магнитов и их магнитные и механические свойства. The disadvantage of this method is the presence of a large number of pores that reduce the density of magnets and their magnetic and mechanical properties.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ изготовления спеченного постоянного магнита из сплавов Nd-Fe-B, который включает предварительное измельчение выплавленного сплава, размол в мелкий порошок в шаровой мельнице, прессование в магнитном поле, спекание. Спеченный магнит подвергается термообработке, состоящей из нагрева до 600 - 620^оС с охлаждением со скоростью 30 К/мин.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a method of manufacturing a sintered permanent magnet from Nd-Fe-B alloys, which includes preliminary grinding of the melted alloy, grinding into fine powder in a ball mill, pressing in a magnetic field, sintering. The sintered magnet is subjected to a heat treatment consisting of heating to 600 - 620 ^{° C} with a cooling rate of 30 K / min.

Недостатком известного способа являются низкие магнитные и механические свойства из-за наличия большого числа пор, которые являются источниками зародышей перемагничивания. Наличие пор приводит к образованию микротрещин и дефектов, которые при механической обработке являются одной из причин разрушения образцов. Наличие большого числа пор в образцах снижает их плотность и соответственно магнитную индукцию. Кроме того в процессе термических обработок при 1000- 1100^оС неизбежно обеднение образцов редкоземельными компонентами (наиболее летучими) и изменение в результате этого их химического состава, что также ухудшает их магнитные характеристики. Кроме того, применение в качестве интенсификаторов размола легкоплавких металлов или их сплавов неоправданно дорого.The disadvantage of this method is the low magnetic and mechanical properties due to the presence of a large number of pores that are sources of magnetization reversal nuclei. The presence of pores leads to the formation of microcracks and defects, which during mechanical processing are one of the causes of destruction of the samples. The presence of a large number of pores in the samples reduces their density and, accordingly, magnetic induction. Furthermore, during the thermal treatments at 1000- 1100 ^C inevitable depletion of the rare earth component samples (most volatile), and the resulting change in their chemical composition, which also impairs their magnetic characteristics. In addition, the use as intensifiers of grinding low-melting metals or their alloys is unreasonably expensive.

Целью изобретения является повышение магнитных и механических свойств постоянных магнитов. The aim of the invention is to increase the magnetic and mechanical properties of permanent magnets.

Предложен способ изготовления постоянного магнита, включающий предварительное измельчение сплава, размол, компактирование в магнитном поле, спекание и термообработку. Скомпактированные заготовки из порошка сплава на основе железа, содержащего бор, кобальт, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей неодим, празеодим, тербий, диспрозий, лантан, церий, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей молибден, алюминий, титан, ниобий, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей галий, скандий, бериллий при следующем соотношении компонентов, ат.%: бор 5,0 - 9,0, кобальт 0,01 - 19,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей неодим, празеодим, тербий, диспроизий, лантан, церий 14,5 - 20,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей молибден, алюминий, титан, ниобий 0,01-3,0, по крайней мере один элемет, выбранный из группы, содержащей галий, скандий, берилий 0,005-2,2, железо остальное, перед спеканием предварительно выдерживают в вакууме при 300-400^оС в течение 0,16-0,30 ч после чего выдерживают в вакууме повторно при 700 - 900^оС в течение 0,5-1,5 ч до восстановления вакуума 10^-3 мм рт.ст.A method for manufacturing a permanent magnet is proposed, including preliminary grinding of the alloy, grinding, compaction in a magnetic field, sintering and heat treatment. Compacted preforms of an iron-based alloy powder containing boron, cobalt, at least one element selected from the group consisting of neodymium, praseodymium, terbium, dysprosium, lanthanum, cerium, at least one element selected from the group consisting of molybdenum, aluminum, titanium, niobium, at least one element selected from the group consisting of galium, scandium, beryllium in the following ratio of components, at.%: boron 5.0 - 9.0, cobalt 0.01 - 19.0, each at least one element selected from the group consisting of neodymium, praseodymium, terbium, dis Soby, lanthanum, cerium 14.5 - 20.0, at least one element selected from the group consisting of molybdenum, aluminum, titanium, niobium 0.01-3.0, at least one element selected from the group containing gallium, scandium, beryllium 0,005-2,2, iron rest, before sintering preliminarily maintained under vacuum at 300-400 ^{° C} for 0,16-0,30 hours then allowed to stand in vacuo again at 700 - 900 ^{° C} for 0.5-1.5 hours to restore vacuum 10 ^-3 mm RT.article

Заявляемый способ отличается от известного тем, что перед спеканием образцы предварительно выдерживают в вакууме при 300 - 400^оС в течение 0,16 - 0,30 ч, после чего выдерживают при 700 - 900^оС в течение 0,5 - 1,5 ч до восстановления вакуума 10³ мм рт.ст.The inventive method differs from the known fact that before sintering the samples were first kept in vacuo at 300 - 400 ^{° C} for 0.16 - 0.30 h, then maintained at 700 - 900 ^{° C} for 0.5 - 1.5 h to restore vacuum 10 ³ mm RT.article

Совокупность и последовательность признаков, отличающих новое техническое решение от прототипа, обеспечивает более полное обезгаживание, позволяющее получать образцы с высоким уровнем, механических и магнитных характеристик. The combination and sequence of features that distinguish the new technical solution from the prototype, provides a more complete degassing, allowing to obtain samples with a high level of mechanical and magnetic characteristics.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

П р и м е р 1. (для закритических параметров). Индукционным методом в инертной среде выплавляли сплав следующего химического состава, ат.%: Nd 13,5; Tb 1,5; Ca 5,77; Ma 0,76; Ga 0,5; B 8,0; Fe 70,0. PRI me R 1. (for supercritical parameters). An induction method in an inert medium smelted an alloy of the following chemical composition, at.%: Nd 13.5; Tb 1.5; Ca 5.77; Ma 0.76; Ga 0.5; B 8.0; Fe 70.0.

Слиток дробили, предварительно измельчили, после чего размалывали в центробежно-планетарной мельнице в среде органической жидкости. Прессовали полученный порошок в магнитном поле 1200 кА/м с приложением усилия 0,5 ^. 10⁸ н/м² перпендикулярно ориентирующему полю. Сушили порошковые брикеты в вакууме, постепенно нагревая их до температуры спекания. В процессе сушки образцы выдерживали вначале при 295^оС в течение 0,08 ч, затем повторно при 695^оС в течение 0,42 ч до восстановления вакуума 5^.10^-3 мм рт.ст. После сушки проводили спекание в вакууме при 1080^оС в течение 0,5 ч, охлаждали до 500^оС и отжигали в течение 1,0 ч. Затем образцы охлаждали до комнатной температуры со скоростью 30 К/мин.The ingot was crushed, pre-crushed, and then grinded in a centrifugal planetary mill in an organic liquid medium. The resulting powder was pressed in a magnetic field of 1200 kA / m with a force of 0.5 ^. 10 ⁸ n / m ² perpendicular to the orienting field. Dried powder briquettes in a vacuum, gradually heating them to sintering temperature. During drying samples were first heated at 295 ^{° C} for 0.08 hours, then re at 695 ^{° C} for 0.42 h to 5 vacuum ^recovery. 10 ^-3 mmHg After drying, sintering was performed in vacuum at 1080 ^{° C} for 0.5 hours, cooled to 500 ^C and annealed for 1.0 h. Then the samples were cooled to room temperature at a rate of 30 K / min.

П р и м е р 2. Способ изготовления постоянного магнита осуществляли в последовательности, изложенной в примере 1. При этом температура предварительной выдержки составляла 300^оС, время выдержки 0,16 ч, повторную выдержку в вакууме осуществляли при 700^оС в течение 0,5 ч. Использовали сплав состава, ат. % : Nd 13,5; Tb 1-5; Co 5,74; Mо 0,76; Ga 0,5; B 8,0; Fe 70,0. Глубина вакуума 10^-3 мм рт.ст.PRI me R 2. A method of manufacturing a permanent magnet was carried out in the sequence described in example 1. The temperature of the preliminary exposure was 300 ^about C, the exposure time of 0.16 h, re-exposure in vacuum was carried out at 700 ^about C for 0 , 5 hours. Used alloy composition, at. %: Nd 13.5; Tb 1-5; Co 5.74; Mo 0.76; Ga 0.5; B 8.0; Fe 70.0. Vacuum Depth 10 ^-3 mm Hg

П р и м е р 3. Способ изготовления постоянного магнита осуществляли последовательности, изложенной в примере 1. Использовали сплав состава, ат.%: Nd 13,5; Tb 1,5; Co 5,74; Mo 0,76; Ga 0,5; B 8,0; Fe 70.0. Температура предварительной выдержки в вакууме 350^оС. Время предварительной выдержки в вакууме 0,17 ч. Время повторной выдержки 1,0 ч. Глубина вакуума 10^-3 мм рт. ст.PRI me R 3. A method of manufacturing a permanent magnet carried out the sequence described in example 1. Used alloy composition, at.%: Nd 13.5; Tb 1.5; Co 5.74; Mo 0.76; Ga 0.5; B 8.0; Fe 70.0. The temperature of preliminary exposure in vacuum is 350 ^° C. The time of preliminary exposure in vacuum is 0.17 hours. The time of repeated exposure is 1.0 hour. Depth of vacuum is 10 ^-3 mm Hg. Art.

П р и м е р 4. Способ изготовления постоянного магнита осуществляли в последовательности, изложенной в примере 1. Использовали сплав состава, ат. % : Nd 14.4; Dу 1,6; Со 5,74; Mo 1,26; Ti 0,4; Sc 0,1 Fe 68,5; B 8,0. Температура предварительной выдержки 800^оС. Время повторной выдержки 0,83 ч. Глубина вакуума 10^-3 мм рт.ст.PRI me R 4. A method of manufacturing a permanent magnet was carried out in the sequence described in example 1. Used alloy composition, at. %: Nd 14.4; Du 1.6; C 5.74; Mo 1.26; Ti 0.4; Sc 0.1 Fe 68.5; B 8.0. Pre-soaking temperature is 800 ° ^C. The holding time retransmission 0.83 h. The depth of vacuum of 10 ^-3 mm Hg

П р и м е р 5. Способ изготовления постоянного магнита осуществляли в последовательности, изложенной в примере 1. Использовали сплав состава, ат. % : Nd 14,4; Dy 1,6; Co 5,74; Mo 1,26; Ti 0,4; Sc 0,1; Fe 68,5; B 8,0. Температура предварительной выдержки в вакууме 370^оС. Время предварительной выдержки в вакууме 0,20 ч. Повторно выдерживали в вакууме при 80^оС в течение 1,0 ч. Глубина вакуума 10^-3 мм рт.ст.PRI me R 5. A method of manufacturing a permanent magnet was carried out in the sequence described in example 1. Used alloy composition, at. %: Nd 14.4; Dy 1.6; Co 5.74; Mo 1.26; Ti 0.4; Sc 0.1; Fe 68.5; B 8.0. Preincubation temperature in vacuum of 370 ° ^C preincubation time 0,20 h in vacuo. Re-heated in vacuo at 80 ° ^C for 1.0 hours. The vacuum depth 10 ^-3 mmHg

П р и м е р 6. Способ изготовления постоянного магнита осуществляли в последовательности, изложенной в примере 1. Использовали сплав состава, ат. % : Nd 14,4; Dy 1,6; Со 5,74; Mo 1,26; Ti 0,4; Sc 0,1; Fe 68,5; B 8,0. Температура предварительной выдержки в вакууме 400^оС. Время предварительной выдержки 0,30 ч. Температура повторной выдержки 900^оС. Время повторной выдержки 1,5 ч. Глубина вакуума 10^-3 мм рт.ст.PRI me R 6. A method of manufacturing a permanent magnet was carried out in the sequence described in example 1. Used alloy composition, at. %: Nd 14.4; Dy 1.6; C 5.74; Mo 1.26; Ti 0.4; Sc 0.1; Fe 68.5; B 8.0. The temperature of preliminary exposure in vacuum is 400 ^° C. The time of preliminary exposure is 0.30 hours. The temperature of repeated exposure is 900 ^° C. The time of repeated exposure is 1.5 hours. Depth of vacuum is 10 ^-3 mm Hg.

П р и м е р 7. (для закритических параметров). Способ изготовления постоянного магнита осуществляли в последовательности, изложенной в примере 1. Использовали сплав состава, ат.%: Nd 14,4; Dу 1,6; Co 5,74; Mo 1,26; Ti 0,4; Sc 0,1; Fe 68,5; B 8,0. Температура предварительной выдержки в вакууме 405^оС. Время предварительной выдержки 0,38 ч. Температура повторной выдержки 905^оС. Время повторной выдержки 1,58 ч. Глубина вакуума 0,5 ^. 10^-4 мм рт. ст. Температура и время предварительной и повторной выдержек образцов в вакууме определяется химическим составом.PRI me R 7. (for supercritical parameters). A method of manufacturing a permanent magnet was carried out in the sequence described in example 1. Used alloy composition, at.%: Nd 14.4; Du 1.6; Co 5.74; Mo 1.26; Ti 0.4; Sc 0.1; Fe 68.5; B 8.0. Preincubation temperature in vacuo to 405 ^° C preincubation time 0.38 hours. The temperature of re-extracts 905 ^° C repeated exposure time 1.58 hr. Vacuum Depth ^0.5. 10 ^-4 mmHg Art. The temperature and time of preliminary and repeated exposure of samples in vacuum is determined by the chemical composition.

Предварительно выдерживать при температуре ниже 300^оС в течение менее 0,16 ч и повторно при температуре ниже 700^оС в течение менее 0,5 ч нецелесообразно, так как не происходит качественного обезгаживания, в результате чего не удается повысить магнитные и механические свойства.Pre maintained at a temperature below 300 ^{° C} for at least 0.16 hours, and again at a temperature below 700 ^{° C} for at least 0.5 hours is impractical, as there is no qualitative degassing, whereby can not improve the magnetic and mechanical properties.

Выдерживать предварительно при температуре выше 400^оС в течение более 0,3 ч и повторно при температуре выше 900^оС в течение более 1,5 ч нетехнологично.Soaking preliminarily at a temperature above ^about 400 C over 0.3 hours and again at a temperature above 900 ^° C over 1.5 h non-technological.

Проведение предварительной и повторной выдержек в вакууме более глубоком, чем 10^-3 мм рт.ст., нетехнологично.Conducting preliminary and repeated exposures in a vacuum deeper than 10 ^-3 mm Hg is not technologically advanced.

Проведение предварительной и повторной выдержек в вакууме менее глубоком, чем 10^-3 мм рт.ст., нецелесообразно, так как не удается максимально обезгазить образцы, в результате чего ухудшаются магнитные и механические свойства образцов.Conducting preliminary and repeated exposures in vacuum less than 10 ^-3 mm Hg is impractical, since it is not possible to decontaminate the samples as much as possible, as a result of which the magnetic and mechanical properties of the samples deteriorate.

Результаты измерений магнитных и механических свойств постоянных магнитов приведены в таблице. The measurement results of the magnetic and mechanical properties of permanent magnets are given in the table.

Из приведенных в таблице данных видно, что магнитные свойства образцов постоянных магнитов, изготовленных предлагаемым способом, выше в сравнении с магнитами, изготовленными известным способом. Принятым за прототипом, по плотности в среднем на 2%, по коэрцитивной силе на 31%, по магнитной индукции на 3%. From the data given in the table it is seen that the magnetic properties of the samples of permanent magnets made by the proposed method are higher in comparison with magnets made in a known manner. Adopted for the prototype, on average 2% in density, 31% in coercive force, and 3% in magnetic induction.

Механические свойства, характеризуемые в данном случае выходом годных после шлифовки образцов, выше у постоянных магнитов, изготовленных предлагаемым способом, в сравнении с известным в среднем на 23 %. The mechanical properties, characterized in this case by the yield of samples after grinding, are higher for permanent magnets manufactured by the proposed method, in comparison with the known average 23%.

Результатом применения предлагаемого изобретения может быть увеличение КПД электротехнических устройств, использующих постоянные магниты, экономия дорогостоящих и дефицитных материалов, сокращение времени технологического цикла за счет уменьшения времени термических обработок при более высоких температурах (1000 - 1100^оС), что приведет к экономии электрической энергии и воды.The result of applying the present invention can be to increase the efficiency of electrical devices using permanent magnets, saving of expensive and scarce material, reducing the process cycle time by reducing the time of the heat treatments at higher temperatures (1000 - 1100 ° ^C), resulting in a saving of electric energy and water.

Изобретение промышленно применимо, не требует дополнительных материальных ресурсов для внедрения. The invention is industrially applicable, does not require additional material resources for implementation.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A PERMANENT MAGNET, including preliminary grinding of an iron-based alloy containing boron, grinding, compaction in a magnetic field, sintering and heat treatment, characterized in that the billet is kept in a vacuum at 300 - 400 ^o С for 0.16 - 0 before sintering , 30 hours, then in a vacuum at 700 - 900 ^o C for 0.5 - 1.5 hours until the vacuum is restored to 10 ^-3 mm Hg, using an alloy powder, additionally containing cobalt, at least one element selected from the group consisting of neodymium, praseodymium, terbium, dispro zium, lanthanum, cerium, at least one element selected from the group consisting of molybdenum, aluminum, titanium, niobium, at least one element selected from the group consisting of gallium, scandium, beryllium, in the following ratio of components, at.% :
Boron 5.0 - 9.0
Cobalt 0.01 - 19.0
At least one element selected from the group consisting of neodymium, praseodymium, terbium, dysprosium, lanthanum, cerium 14.5 - 20.0
At least one element selected from the group consisting of molybdenum, aluminum, titanium, niobium 0.01 - 3.0
At least one element selected from the group consisting of gallium, scandium, beryllium 0.005 - 2.2
Iron Else