RU2631055C2 - Method for manufacturing constant magnets from alloys based on rare-earth elements, iron and cobalt with improved magnetic properties - Google Patents
Method for manufacturing constant magnets from alloys based on rare-earth elements, iron and cobalt with improved magnetic properties Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631055C2 RU2631055C2 RU2016107525A RU2016107525A RU2631055C2 RU 2631055 C2 RU2631055 C2 RU 2631055C2 RU 2016107525 A RU2016107525 A RU 2016107525A RU 2016107525 A RU2016107525 A RU 2016107525A RU 2631055 C2 RU2631055 C2 RU 2631055C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- powders
- magnetic field
- magnets
- sintering
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 31
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title abstract description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title abstract description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 109
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 29
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 28
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 27
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 13
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 8
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 12
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017985 Cu—Zr Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004610 Internal Lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 229910000982 rare earth metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229920000260 silastic Polymers 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/047—Alloys characterised by their composition
- H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
- H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/06—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
- H01F1/08—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, связанной с изготовлением магнитов из порошковых материалов, в частности из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и железом, и может быть использовано при производстве металлокерамических и металлопластических постоянных магнитов с высокими величинами остаточной индукции и максимального энергетического произведения для машиностроительной, приборостроительной, электротехнической и других отраслей промышленности.The invention relates to the field of powder metallurgy related to the manufacture of magnets from powder materials, in particular from alloys of rare-earth metals with cobalt and iron, and can be used in the production of cermet and metal-plastic permanent magnets with high values of residual induction and maximum energy product for machine-building, instrument-making , electrical and other industries.
Для теоретической оценки значений остаточной индукции Br и максимального энергетического произведения (ВН)max постоянных магнитов существуют простые математические соотношения, связывающие их с характеристиками фазового состава и микроструктуры. Значение Br может быть определено из формулы:For a theoretical assessment of the values of the residual induction B r and the maximum energy product (HV) max of permanent magnets, there are simple mathematical relationships that relate them to the characteristics of the phase composition and microstructure. The value of B r can be determined from the formula:
где 4πMs - намагниченность насыщения ферромагнитной магнитотвердой фазы при комнатной температуре,where 4πM s is the saturation magnetization of the ferromagnetic magnetic hard phase at room temperature,
V - объемная доля ферромагнитной магнитотвердой фазы в магните,V is the volume fraction of the ferromagnetic magnetic phase in the magnet,
αρ - относительная плотность спеченного магнита к плотности литого сплава,α ρ is the relative density of the sintered magnet to the density of the cast alloy,
αт - степень текстуры зерен магнитотвердой фазы.α t - the degree of texture of the grains of the magnetically solid phase.
Для определения теоретического предела значения (ВН)max используется выражение:To determine the theoretical limit of the value (BH) max , the expression is used:
при условии, что кривая размагничивания магнита обладает идеальной прямоугольностью, а для значений коэрцитивной силы по намагниченности MHc и по индукции BHc выполняется соотношение:provided that the demagnetization curve of the magnet has perfect squareness, and for the values of the coercive force in magnetization M H c and in induction B H c the relation is satisfied:
Выражения (1) и (2) ясно показывают, что величины Br и (ВН)max пропорциональны соответственно первой и второй степени αт. В свою очередь, значение степени текстуры экспериментально определяется на основе формулы (1):Expressions (1) and (2) clearly show that the values of B r and (BH) max are proportional to the first and second degree α t, respectively. In turn, the value of the degree of texture is experimentally determined on the basis of formula (1):
Известным способом создания кристаллической текстуры в порошковых магнитах является ориентирование внешним магнитным полем монокристаллических частиц порошка, помещенных в матрицу пресс-формы из немагнитного материала, с последующим их уплотнением путем прессования. [И.Б. Кекало, Б.А. Самарин. Физическое металловедение прецизионных сплавов; сплавы с особыми магнитными свойствами. М.: Металлургия, 1989, 495 с.] Применяется несколько схем прессования, отличающихся взаимным направлением магнитного поля, создаваемого полюсами электромагнита и прилагаемого при уплотнении усилия прессования:A known method of creating a crystalline texture in powder magnets is the orientation by an external magnetic field of single-crystal powder particles placed in a mold matrix of a non-magnetic material, followed by compaction by pressing. [I.B. Kekalo, B.A. Samarin. Physical metallurgy of precision alloys; alloys with special magnetic properties. M .: Metallurgy, 1989, 495 pp.] Several pressing schemes are used, differing in the mutual direction of the magnetic field created by the poles of the electromagnet and applied during compaction of the pressing force:
1. В металлической матрице, помещенной в пресс-магнит, усилие прессования прикладывается параллельно направлению текстурующего магнитного поля. В этой схеме текстура наиболее сильно разрушается прессованием и, как правило, степень текстуры в пресс-заготовке не превышает 90%.1. In a metal matrix placed in a press magnet, a pressing force is applied parallel to the direction of the texture magnetic field. In this scheme, the texture is most severely destroyed by pressing and, as a rule, the degree of texture in the billet does not exceed 90%.
2. В металлической матрице, помещенной в пресс-магнит, усилие прессования прикладывается перпендикулярно направлению текстурующего магнитного поля [Endoh M., Shindo M., Material design and fabrication of high energy Nd-Fe-B sintered magnets. Proc. 13th Int. Workshop on REPM and their Applications. Birmingham, United Kingdom, 1994. P. 379-404]. Степень текстуры в пресс-заготовке, полученной таким способом, может достигать 95%, однако для этого необходимо существенно снижать давление прессования, что сопровождается снижением механической прочности заготовки и частым ее разрушением при извлечении из матрицы или при последующей транспортировке и загрузке в печь для спекания.2. In a metal matrix placed in a press magnet, a pressing force is applied perpendicular to the direction of the texture magnetic field [Endoh M., Shindo M., Material design and fabrication of high energy Nd-Fe-B sintered magnets. Proc. 13th Int. Workshop on REPM and their Applications. Birmingham, United Kingdom, 1994. P. 379-404]. The degree of texture in the billet obtained in this way can reach 95%, but for this it is necessary to significantly reduce the pressing pressure, which is accompanied by a decrease in the mechanical strength of the billet and its frequent destruction when removed from the matrix or during subsequent transportation and loading into the sintering furnace.
3. Текстурование и прессование порошка, помещенного в эластичную втулку, которая, в свою очередь, вставляется в металлическую матрицу [Sagawa M, Nagata H. Novel processing technology for permanent magnets. IEEE Trans Magn MAG-29, 1993: 2747]. При такой схеме, осуществляемой в пресс-электромагните, усилие прессования прикладывается параллельно направлению текстурующего магнитного поля, но цепочки частиц порошка, выстраивающиеся под влиянием магнитного поля, при прессовании не разрушаются, так как на них действует боковой подпор, передаваемый через эластичную втулку. Если насыпная плотность порошка, загружаемого в эластичную втулку, не превышает 25% от плотности исходного литого сплава, то степень текстуры в пресс-заготовке, полученной этим способом, может достигать 95-97%. Недостатком этого способа является невозможность получения пресс-заготовок заданной геометрической формы с однородным распределением плотности. Геометрическая форма пресс-заготовок улучшается, если насыпная плотность порошка повышается до 35-45%, однако это сопровождается снижением степени текстуры из-за возрастающего трения между частицами порошка и сложности создания сильного текстурующего магнитного поля, поскольку в качестве источника поля используется электромагнит.3. Texturing and pressing of powder placed in an elastic sleeve, which, in turn, is inserted into a metal matrix [Sagawa M, Nagata H. Novel processing technology for permanent magnets. IEEE Trans Magn MAG-29, 1993: 2747]. With this scheme, which is carried out in a press electromagnet, the pressing force is applied parallel to the direction of the texturing magnetic field, but the chains of powder particles that line up under the influence of the magnetic field are not destroyed during pressing, since they are affected by lateral support transmitted through an elastic sleeve. If the bulk density of the powder loaded into the elastic sleeve does not exceed 25% of the density of the original cast alloy, then the degree of texture in the billet obtained by this method can reach 95-97%. The disadvantage of this method is the inability to obtain press blanks of a given geometric shape with a uniform density distribution. The geometric shape of the billet is improved if the bulk density of the powder increases to 35-45%, however, this is accompanied by a decrease in the degree of texture due to increasing friction between the powder particles and the difficulty of creating a strong textural magnetic field, since an electromagnet is used as the field source.
4. Выгодной модификацией предшествующего способа является загрузка порошка в эластичную матрицу, которая не вставляется в металлическую матрицу, что позволяет проводить текстурование порошка импульсным магнитным полем, напряженность которого можно увеличить в несколько раз по сравнению со статическим полем электромагнита, и последующее прессование порошка в эластичной матрице, помещая ее в гидростат [M. Sagawa, Nagata H. Proc. 17th Int. Workshop on Rare-Earth Permanent Magnets and Their Applications, Newark, USA, 2002, pp 183-186]. Метод получил название изостатического прессования или RIP (Rubber Isostatical Pressing). Поскольку степень текстуры в ансамбле частиц порошка тем выше, чем выше напряженность текстурующего поля, то в соответствии с формулами (1) и (2) выше величины остаточной индукции Br и (BH)max у конечных изделий.4. A beneficial modification of the previous method is the loading of the powder into an elastic matrix, which is not inserted into the metal matrix, which allows texturing of the powder by a pulsed magnetic field, the intensity of which can be increased several times compared to the static field of an electromagnet, and subsequent pressing of the powder in an elastic matrix placing it in a hydrostat [M. Sagawa, Nagata H. Proc. 17th Int. Workshop on Rare-Earth Permanent Magnets and Their Applications, Newark, USA, 2002, pp 183-186]. The method is called isostatic pressing or RIP (Rubber Isostatical Pressing). Since the degree of texture in the ensemble of powder particles is higher, the higher the strength of the texture field, in accordance with formulas (1) and (2), the values of residual induction B r and (BH) max for the final products are higher.
Недостатком способа является проблема сохранения достигнутой высокой степени текстуры после прекращения действия внешнего импульсного магнитного поля. При приложении импульсного магнитного поля частицы порошка остаточно намагничиваются и уже формируют постоянный магнит с относительно низкой плотностью материала. Поскольку процессы текстурования и прессования в гидростате разделены, то под действием собственного магнитного поля со стороны полюсов пресс-заготовки в ее периферийных областях может происходить разворот осей легкого намагничивания частиц порошка от первоначального направления, достигнутого под действием текстурующего магнитного поля, что ухудшает текстуру в областях магнитных полюсов. Это отрицательно сказывается на конечных значениях Br и (ВН)max спеченного магнита. Дополнительным недостатком является усложнение технологии и снижение производительности, связанное с прессованием в гидростате [W. Rodewald, В. Wall, M. Katter, K. Ustimer, S. Steinmetz. Extraordinary strong Nd-Fe-B magnets by a controlled microstructure // Proc. 17-th International Workshop Rrare-Earth Magnets and Their Applications, Newark, Delaware, USA, 2002, Р. 25-36].The disadvantage of this method is the problem of maintaining the achieved high degree of texture after the termination of the external pulsed magnetic field. When a pulsed magnetic field is applied, the powder particles remain magnetized and form a permanent magnet with a relatively low density of material. Since the texturing and pressing processes in the hydrostat are separate, under the influence of the own magnetic field from the poles of the billet in its peripheral regions, the axes of the easy magnetization of the powder particles can turn from the original direction achieved under the influence of the texturing magnetic field, which worsens the texture in the magnetic poles. This negatively affects the final values of B r and (BH) max of the sintered magnet. An additional disadvantage is the complexity of the technology and the decrease in productivity associated with pressing in a hydrostat [W. Rodewald, B. Wall, M. Katter, K. Ustimer, S. Steinmetz. Extraordinary strong Nd-Fe-B magnets by a controlled microstructure // Proc. 17th International Workshop Rrare-Earth Magnets and Their Applications, Newark, Delaware, USA, 2002, P. 25-36].
5. Текстурование порошка импульсным магнитным полем осуществляется также в прогрессивном способе получения спеченных постоянных магнитов Nd-Fe-B, характеризующимся отсутствием стадии прессования порошков [Т. Hiroki, I. Naoyaki, JP 7153612 (A); M. Sagawa, JP 2007180373 (A); M. Sagawa, JP 2007180375 (A); M. Sagawa, Y. Une, A new process for producing Nd-Fe-B sintered magnets with small grain size, Proc. 20th Int. Workshop on Rare Earth Permanent Magnets and Their Applications (Knossos-Crete, 2008), p.103-105; W.F. Li, T. Ohkubo, Κ. Hono, M. Sagawa, The origin of coercivity decrease in fine grained Nd-Fe-B sintered magnets, J. Magn. Magn. Mater., 2009, V. 321, p. 1100-1105; M. Sagawa, Development and prospect of the Nd-Fe-B sintered magnets, Proc. of 21st Int. Workshop on REPM and their Applications (Bled, Slovenia, 2010), p. 183-186; Masato Sagawa, European Patent Application EP 2187410 A1; Патент США 20120176212 A1]. В английской транскрипции эта технология получила название "pressless process (PLP)", а для русского языка уместно употребление «процесс без прессования (ПБП)» порошков. Порошки загружают в специальные контейнеры, уплотняют приложением вибрации, текстуруют в импульсном магнитном поле и затем спекают непосредственно в контейнерах. Осуществление ПБП дает целый ряд существенных преимуществ: (1) упрощает технологию; (2) позволяет легче осуществлять низкокислородный процесс и за счет этого повышать коэрцитивную силу Нс магнитов, не используя добавки Dy и/или Tb; (3) способствует получению спеченных магнитов превосходной формы и конечных размеров, поэтому процедура шлифовки магнитов после ИБП либо не выполняется, либо сводится к минимуму, обеспечивая уменьшение затрат на исходный материал и снижение цены продукции.5. Texturing of the powder by a pulsed magnetic field is also carried out in a progressive method for producing sintered permanent Nd-Fe-B magnets, characterized by the absence of a powder pressing stage [T. Hiroki, I. Naoyaki, JP 7153612 (A); M. Sagawa, JP 2007180373 (A); M. Sagawa, JP 2007180375 (A); M. Sagawa, Y. Une, A new process for producing Nd-Fe-B sintered magnets with small grain size, Proc. 20th Int. Workshop on Rare Earth Permanent Magnets and Their Applications (Knossos-Crete, 2008), p.103-105; WF Li, T. Ohkubo, Κ. Hono, M. Sagawa, The origin of coercivity decrease in fine grained Nd-Fe-B sintered magnets, J. Magn. Magn. Mater., 2009, V. 321, p. 1100-1105; M. Sagawa, Development and prospect of the Nd-Fe-B sintered magnets, Proc. of 21st Int. Workshop on REPM and their Applications (Bled, Slovenia, 2010), p. 183-186; Masato Sagawa, European Patent Application EP 2187410 A1; U.S. Patent 20120176212 A1]. In English transcription, this technology is called the "pressless process (PLP)", and for the Russian language it is appropriate to use the "process without pressing (BPP)" powders. The powders are loaded into special containers, compacted by the application of vibration, textured in a pulsed magnetic field and then sintered directly in the containers. The implementation of FSN provides a number of significant advantages: (1) simplifies the technology; (2) it makes it easier to carry out a low-oxygen process and thereby increase the coercive force H from the magnets without using the additives Dy and / or Tb; (3) it contributes to obtaining sintered magnets of excellent shape and final size; therefore, the grinding procedure for the magnets after the UPS is either not performed or is minimized, ensuring a reduction in the cost of the starting material and a reduction in the price of the products.
К недостаткам ПБП относится необходимость использования высокой насыпной плотности порошков ρн в контейнерах для спекания. Если значения ρн оказываются меньше 2.5 г/см3 (примерно 30% от плотности исходного литого сплава), то не достигается необходимая плотность магнитов после спекания, а при больших значениях формируется низкий уровень текстуры и низкая остаточная индукция Br. Причиной снижения степени текстуры является увеличение сил трения между частицами порошка, по мере того как возрастает ρн. Действующий на каждую частицу порошка со стороны магнитного поля вращающий момент силы оказывается не способным преодолеть трение, и частицы не ориентируются своими осями легкого намагничивания строго вдоль направления приложения поля. Преодоление таких сил трения возможно только при приложении мощных импульсных магнитных полей для текстурования порошков. Например, Sagawa, текстуруя порошки с ρн=3.6 г/см3 (47% от плотности исходного литого сплава), использовал импульсные поля с максимальной напряженностью Hm>60 кЭ. Для индуцирования таких мощных импульсных полей в объеме, необходимом для размещения контейнеров, требуются весьма крупногабаритные соленоиды и мощные источники питания.The disadvantages of PBP include the need to use a high bulk density of powders ρ n in sintering containers. If the values of ρ n are less than 2.5 g / cm 3 (approximately 30% of the density of the initial cast alloy), then the required density of the magnets is not achieved after sintering, and at large values a low level of texture and a low residual induction B r are formed . The reason for the decrease in the degree of texture is an increase in the friction forces between the powder particles, as ρ n increases. The force torque acting on each particle of the powder from the side of the magnetic field is unable to overcome friction, and the particles do not orient themselves with their easy magnetization axes strictly along the direction of application of the field. Overcoming such friction forces is possible only with the application of powerful pulsed magnetic fields for texturing powders. For example, Sagawa, texturing powders with ρ n = 3.6 g / cm 3 (47% of the density of the initial cast alloy), used pulsed fields with a maximum intensity of H m > 60 kOe. To induce such powerful pulsed fields in the volume required to place the containers, very large-sized solenoids and powerful power sources are required.
Одним из возможных подходов повышения степени текстуры магнитов, изготавливаемых по технологии ПБП, является уменьшение сил трения между частицами порошка за счет введения внутренних смазок, которые покрывают частицы в процессе измельчения порошков. Этот способ согласно патентам [Masato Sagawa, патент США 2007245851 A1, Попов А.Г., патент РФ 2525867] позволяет снизить напряженность текстурующего импульсного магнитного поля и при этом формировать высокую степень текстуры в магнитах. Недостаток этого способа состоит в том, что при малых концентрациях смазывающих добавок (менее 1% от массы порошка сплава) трудно однородно покрыть смазкой всю огромную поверхность частиц порошка. Если же концентрация смазок, содержащих в своем составе атомы кислорода, превышает предельно допустимую концентрацию, то смазку не удается полностью удалить с поверхности частиц порошка путем его медленного нагрева в вакууме и кислород взаимодействует с порошком при спекании, резко снижая плотность и магнитные свойства спеченных магнитов (прежде всего коэрцитивную силу).One of the possible approaches to increasing the degree of texture of magnets manufactured using the PBP technology is to reduce the friction forces between the powder particles by introducing internal lubricants that cover the particles during the grinding of the powders. This method according to the patents [Masato Sagawa, US patent 2007245851 A1, Popov A.G., RF patent 2525867] allows to reduce the intensity of the texture pulsed magnetic field and at the same time to form a high degree of texture in the magnets. The disadvantage of this method is that at low concentrations of lubricating additives (less than 1% by weight of the alloy powder) it is difficult to uniformly coat the entire vast surface of the powder particles with lubricant. If the concentration of lubricants containing oxygen atoms in their composition exceeds the maximum permissible concentration, then the lubricant cannot be completely removed from the surface of the powder particles by slowly heating it in vacuum and oxygen interacts with the powder during sintering, sharply reducing the density and magnetic properties of sintered magnets ( first of all, coercive force).
Таким образом, приведенный выше обзор способов наведения текстуры в магнитоодноосных порошках сплавов на основе редкоземельных элементов железа и кобальта показывает, что проблема получения спеченных магнитов с высокими значениями Br и (ВН)max состоит в необходимости наведения высокой степени текстуры в порошках с достаточно высокой плотностью, составляющей более 40% от плотности исходного литого сплава. В этих способах задача наведения текстуры решалась в следующей последовательности: сначала загрузка порошка в матрицу или контейнер для спекания, а затем включение текстурующего магнитного поля, создаваемого электромагнитом или импульсным соленоидом.Thus, the above review of texture guidance methods in magnetically uniaxial powders of alloys based on rare-earth elements of iron and cobalt shows that the problem of obtaining sintered magnets with high values of B r and (BH) max consists in the need to induce a high degree of texture in powders with a sufficiently high density constituting more than 40% of the density of the original cast alloy. In these methods, the task of texture guidance was solved in the following sequence: first loading the powder into the sintering matrix or container, and then turning on the texturing magnetic field created by the electromagnet or pulsed solenoid.
В основу предлагаемого изобретения положена задача повышения степени текстуры и значений Br и (ВН)max спеченных постоянных магнитов из порошков сплавов на основе редкоземельных элементов железа и кобальта путем уменьшения сил трения между частицами порошка, текстуруемого в магнитном поле. Согласно изобретению, в отличие от известных способов, в которых порошок сплавов на основе редкоземельных элементов железа и кобальта загружается в матрицы для прессования или контейнеры для спекания с высокой насыпной плотностью (20-45% от плотности исходного литого сплава), затем текстуруется включением постоянного или импульсного магнитного поля и уплотняется последующим его прессованием или вибрацией, в настоящей заявке порошок засыпается в свободном состоянии в матрицы для прессования или спекания, помещенные в заранее включенное магнитное поле. Частицы свободного порошка, влетающие в магнитное поле, практически не испытывают трения друг о друга и идеально выстраиваются своими осями легкого намагничивания вдоль направления поля, формируя высокую степень текстуры. Далее порошок уплотняется в таком состоянии до необходимой загрузочной плотности приложением давления и/или вибрации, которые не разрушают наведенной текстуры, и затем в виде пресс-заготовок или в контейнерах для спекания по методу ПБП спекается до плотности, близкой к 100% плотности исходного литого сплава.The basis of the present invention is the task of increasing the degree of texture and the values of B r and (BH) max of sintered permanent magnets from alloy powders based on rare-earth elements of iron and cobalt by reducing the friction forces between the particles of the powder textured in a magnetic field. According to the invention, in contrast to known methods in which a powder of alloys based on rare-earth elements of iron and cobalt is loaded into compression dies or sintering containers with a high bulk density (20-45% of the density of the initial cast alloy), then is textured by the inclusion of a constant or pulsed magnetic field and compacted by subsequent pressing or vibration, in this application, the powder is poured into a free state in the matrix for pressing or sintering, placed in a pre-included agnitnoe field. Free powder particles flying into a magnetic field practically do not experience friction against each other and are ideally aligned with their easy magnetization axes along the field direction, forming a high degree of texture. Then, the powder is compacted in such a state to the required loading density by applying pressure and / or vibration that does not destroy the induced texture, and then it is sintered in the form of press blanks or in sintering containers using the PBP method to a density close to 100% of the density of the initial cast alloy .
Поставленная задача решается тем, что способ получения спеченного постоянного магнита из сплавов на основе редкоземельных элементов железа и кобальта, включающий выплавку и разливку сплава, в том числе по технологии strip casting, приготовление порошков со средним размером частиц 2.5-5 мкм измельчением сплава в вибрационной или струйной мельнице, загрузку порошков в матрицы для прессования или в контейнеры для спекания, текстурование порошков в постоянном магнитном поле напряженностью 10-20 кЭ, уплотнение порошков вибрацией с частотой 10-50 Гц и/или сжатием порошка поршнем в направлении, перпендикулярном приложению магнитного поля, до плотности 20-45% от плотности исходного литого сплава и последующее спекание порошков, отличается тем, что для повышения степени текстуры магнитов порошки засыпают в матрицы или контейнеры для спекания, помещенные во включенное магнитное поле.The problem is solved in that a method for producing a sintered permanent magnet from alloys based on rare-earth elements of iron and cobalt, including smelting and casting of the alloy, including using strip casting technology, the preparation of powders with an average particle size of 2.5-5 microns by grinding the alloy in vibrational or a jet mill, loading powders into pressing matrices or into sintering containers, texturing powders in a constant magnetic field of 10-20 kOe, compaction of powders by vibration with a frequency of 10-50 Hz and / and and compressing the powder with a piston in the direction perpendicular to the application of a magnetic field to a density of 20-45% of the density of the initial cast alloy and subsequent sintering of the powders, characterized in that to increase the degree of texture of the magnets, the powders are poured into matrices or sintering containers placed in the included magnetic field.
При этомWherein
- текстурованный в электромагните порошок, находящийся в эластичных матрицах, дополнительно текстурируют в импульсном магнитном поле напряженностью 35 кЭ с длительностью импульса 10 мс в направлении, совпадающем с направлением поля электромагнита, а затем прессуют в гидростате при давлении 1.6-2.6 кбар, после чего пресс-заготовки извлекают из эластичных матриц и отправляют на спекание.- the powder textured in an electromagnet in elastic matrices is additionally textured in a pulsed magnetic field of 35 kOe with a pulse duration of 10 ms in the direction coinciding with the direction of the electromagnet field, and then pressed in a hydrostat at a pressure of 1.6-2.6 kbar, then press preforms are removed from elastic matrices and sent for sintering.
- контейнеры для спекания с загруженным текстурованным в электромагните порошком закрывают крышками, после чего порошки спекают непосредственно в контейнерах.- sintering containers with loaded powder textured in an electromagnet are closed with lids, after which the powders are sintered directly in the containers.
На фиг. 1 показаны зависимости плотности ρ, Br, коэрцитивной силы Нс и (ВН)max спеченных магнитов от насыпной плотности порошка, текстуруемого в постоянном магнитном поле напряженностью 12 кЭ по заявленному (1) и традиционному (2) способам.In FIG. Figure 1 shows the dependences of the density ρ, B r , the coercive force Н с and (ВН) max of sintered magnets on the bulk density of the powder textured in a constant magnetic field of 12 kOe according to the claimed (1) and traditional (2) methods.
На фиг. 2. показаны зависимости свойств спеченных магнитов от напряженности текстурующего поля, в которое засыпали порошки без вибрации и с вибрацией на частоте 40 Гц.In FIG. 2. The dependences of the properties of sintered magnets on the strength of the texture field are shown, into which powders were filled without vibration and with vibration at a frequency of 40 Hz.
На фиг. 3. показаны кривые размагничивания вдоль (В) и поперек (П) текстуры магнитов, приготовленных по заявленному (1) и традиционному (2) способам.In FIG. 3. demagnetization curves are shown along (B) and across (P) the texture of magnets prepared according to the claimed (1) and traditional (2) methods.
Заявленный способ осуществляют следующим образом. Сплавы системы Sm-Co-Fe-Cu-Zr или Nd-Fe-B приготавливают индукционной плавкой с последующей разливкой. Слитки предварительно размалывают до размера частиц менее 500 мкм, затем порошки дополнительно измельчают до среднего размера частиц 2.5-5 мкм в струйной мельнице, используя в качестве рабочего газа азот, или в вибрационной мельнице в среде толуола. Порошки засыпают в эластичные матрицы для прессования или контейнеры для спекания из молибдена или графита, которые предварительно помещают в межполюсное пространство электромагнита с включенным полем напряженностью 10-20 кЭ. Под действием магнитного поля текстурованные порошки уплотняют вибрацией с частотой 10-50 Гц и/или приложением через поршень давления к порошку, величина которого не превышает 200 кг/см2 и не разрушает наведенной текстуры. Плотность загруженных порошков ρн варьируется от 2.5 до 3.5 г/см3. После выключения магнитного поля матрицы и контейнеры извлекают из электромагнита. Текстурованный порошок в эластичных матрицах дополнительно текстурируют в импульсном магнитном поле напряженностью 35 кЭ с длительностью импульса 10 мс в направлении, совпадающем с направлением поля электромагнита, а затем прессуют в гидростате при давлении 1.6-2.6 кбар, после чего пресс-заготовки извлекают из эластичных матриц и отправляют на спекание. Перед извлечением из электромагнита контейнеров для спекания их закрывают крышками, после чего порошки спекают непосредственно в контейнерах. Спекание порошков осуществляют в вакууме или в атмосфере аргона при температурах от 1020 до 1250°С в зависимости от состава сплава в течение 1 ч. После спекания все магниты подвергают дополнительной термообработке и закаливают до комнатной температуры.The claimed method is as follows. Alloys of the Sm-Co-Fe-Cu-Zr or Nd-Fe-B system are prepared by induction melting followed by casting. The ingots are pre-milled to a particle size of less than 500 microns, then the powders are further crushed to an average particle size of 2.5-5 microns in a jet mill using nitrogen as a working gas, or in a vibration mill in toluene. The powders are poured into elastic pressing matrices or sintering containers made of molybdenum or graphite, which are preliminarily placed in the interpolar space of an electromagnet with a 10-20 kOe field switched on. Under the influence of a magnetic field, textured powders are compacted by vibration with a frequency of 10-50 Hz and / or by applying a pressure to the powder through a piston, the value of which does not exceed 200 kg / cm 2 and does not destroy the induced texture. The density of the loaded powders ρ n varies from 2.5 to 3.5 g / cm 3 . After turning off the magnetic field, the matrices and containers are removed from the electromagnet. The textured powder in elastic matrices is additionally textured in a pulsed magnetic field of 35 kOe with a pulse duration of 10 ms in the direction coinciding with the direction of the electromagnet field, and then pressed in a hydrostat at a pressure of 1.6-2.6 kbar, after which the press blanks are removed from the elastic matrices and sent for sintering. Before removing sintering containers from the electromagnet, they are covered with lids, after which the powders are sintered directly in the containers. Sintering of the powders is carried out in vacuum or in an argon atmosphere at temperatures from 1020 to 1250 ° C, depending on the alloy composition for 1 hour. After sintering, all magnets are subjected to additional heat treatment and quenched to room temperature.
Пример конкретного выполнения 1
Текстурование порошка Sm-Co-Fe-Cu-Zr в эластичной матрицеTexturing Powder Sm-Co-Fe-Cu-Zr in an Elastic Matrix
Сплав, имеющий состав 25.9 Sm, 46.9 Со, 17.9 Fe, 6.6 Cu, 2.7 Zr (вес.%), выплавляли в индукционной печи и разливали в массивную медную изложницу, затем дробили в щековой мельнице и дополнительно измельчали в вибрационной мельнице до среднего размера частиц по Фишеру 3.7-3.9 мкм. Резиновую матрицу (Silastic) с внутренней прямоугольной полостью 57×45×66 мм3, размещали в центре межполюсного зазора электромагнита и включали постоянное магнитное поле напряженностью 12 кЭ вдоль размера матрицы 57 мм. Порошок засыпали в матрицу, помещенную во включенное поле, и затем уплотняли вибрацией с частотой 10-50 Гц до загрузочной плотности ρн=3.5 г/см3. После выключения текстурующего поля матрицу извлекали из электромагнита, закрывали резиновой крышкой и помещали в соленоид для дополнительного текстурования порошка в импульсном магнитном поле напряженностью 35 кЭ с длительностью импульса 10 мс в направлении, совпадающем с направлением поля электромагнита. Далее резиновую матрицу с текстурованным порошком помещали в камеру гидростатической установки для прессования с всесторонним обжатием при давлении 2.63 кбар. После извлечения пресс-заготовок из резиновой матрицы их спекали в аргоне при температуре 1210°С в течение 2 ч, проводили высокотемпературную обработку при 1170°С с выдержкой 6 ч и дополнительную низкотемпературную обработку с медленным охлаждением от 810 до 400°С за 30 ч.An alloy having a composition of 25.9 Sm, 46.9 Co, 17.9 Fe, 6.6 Cu, 2.7 Zr (wt.%) Was smelted in an induction furnace and poured into a massive copper mold, then crushed in a jaw mill and further crushed in a vibration mill to an average particle size according to Fisher 3.7-3.9 microns. A rubber matrix (Silastic) with an inner rectangular cavity of 57 × 45 × 66 mm 3 was placed in the center of the interpolar gap of the electromagnet and a constant magnetic field of 12 kOe was included along the matrix size of 57 mm. The powder was poured into a matrix placed in the included field, and then compacted by vibration with a frequency of 10-50 Hz to a loading density ρ n = 3.5 g / cm 3 . After switching off the texture field, the matrix was removed from the electromagnet, closed with a rubber cover and placed in a solenoid for additional texturing of the powder in a pulsed magnetic field of 35 kOe with a pulse duration of 10 ms in the direction coinciding with the direction of the electromagnet field. Next, a rubber matrix with a textured powder was placed in a chamber of a hydrostatic pressing machine with comprehensive compression at a pressure of 2.63 kbar. After removing the billets from the rubber matrix, they were sintered in argon at a temperature of 1210 ° С for 2 h, a high-temperature treatment was carried out at 1170 ° С with a holding time of 6 h, and an additional low-temperature treatment with slow cooling from 810 to 400 ° С for 30 h.
Свойства полученного магнита приведены в первой строке таблицы 1. Они сравниваются со свойствами магнита, полученного из того же порошка, но текстурованного традиционным способом, в котором порошок загружали в ту же резиновую матрицу для прессования, но текстурующее поле включали после помещения матрицы с порошком в межполюсный зазор электромагнита. Последующие операции технологического процесса проводились в едином цикле. Из сравнения данных таблицы следует, что применение заявленного способа позволяет повысить текстуру магнитов, в результате чего значения Br и (ВН)max увеличены на 5 и 8% соответственно.The properties of the obtained magnet are shown in the first row of Table 1. They are compared with the properties of the magnet obtained from the same powder, but textured in the traditional way, in which the powder was loaded into the same rubber matrix for pressing, but the texture field was turned on after the matrix with the powder was placed in the pole electromagnet clearance. Subsequent operations of the technological process were carried out in a single cycle. From a comparison of the data in the table it follows that the application of the claimed method allows to increase the texture of the magnets, as a result of which the values of B r and (HV) max are increased by 5 and 8%, respectively.
Пример конкретного выполнения 2
Текстурование порошка Nd-Fe-B в эластичной матрицеTexturing Nd-Fe-B Powder in an Elastic Matrix
Сплав типа «strip casting», имеющий состав 24.50 Nd, 5.00 Dy, 68.25 Fe, 0.95 В, 1.00 Со, 0.10 Cu, 0.15 Al (вес.%), гидрировали и затем измельчали в струйной мельнице до среднего размера частиц по Фишеру 3.0-3.3 мкм, используя азот в качестве рабочего газа. Резиновую матрицу такой же формы и размера, как и в примере 1, размещали в центре межполюсного зазора электромагнита и включали постоянное магнитное поле напряженностью 12 кЭ. Порошок засыпали в матрицу, помещенную во включенное поле, и затем уплотняли вибрацией с частотой 10-50 Гц до загрузочной плотности ρн=2.8-3.0 г/см3. После выключения постоянного текстурующего поля порошок дополнительно текстуровали в импульсном магнитном поле, как и в примере 1. Далее резиновую матрицу с текстурованным порошком помещали в камеру гидростатической установки для прессования с всесторонним обжатием при давлении 1.58 кбар. После извлечения пресс-заготовок из резиновой матрицы их спекали в вакууме при температуре 1060°С в течение 1 ч и проводили дополнительную низкотемпературную обработку: 900°С+550°С с выдержкой по 1 ч.A strip casting alloy having a composition of 24.50 Nd, 5.00 Dy, 68.25 Fe, 0.95 V, 1.00 Co, 0.10 Cu, 0.15 Al (wt.%) Was hydrogenated and then ground in a jet mill to an average particle size of Fischer 3.0- 3.3 microns, using nitrogen as the working gas. A rubber matrix of the same shape and size as in Example 1 was placed in the center of the pole gap of the electromagnet and a constant magnetic field of 12 kOe was turned on. The powder was poured into a matrix placed in the included field, and then compacted by vibration with a frequency of 10-50 Hz to a loading density ρ n = 2.8-3.0 g / cm 3 . After switching off the constant texturing field, the powder was additionally textured in a pulsed magnetic field, as in Example 1. Next, a rubber matrix with a textured powder was placed in a chamber of a hydrostatic pressing machine with comprehensive compression at a pressure of 1.58 kbar. After removing the press blanks from the rubber matrix, they were sintered in vacuum at a temperature of 1060 ° С for 1 h and additional low-temperature processing was performed: 900 ° С + 550 ° С with a holding time of 1 hour.
Свойства полученного магнита приведены в первой строке таблицы 2. Они сравниваются со свойствами магнита, полученного из того же порошка, загружаемого традиционным способом, в котором порошок загружали в ту же резиновую матрицу для прессования, однако текстурующее поле включали после помещения матрицы с порошком в межполюсный зазор электромагнита. Из сравнения данных таблицы следует, что применение заявленного способа позволяет повысить текстуру магнитов, в результате чего значения Br и (ВН)max увеличены на 7 и 19% соответственно.The properties of the obtained magnet are shown in the first row of Table 2. They are compared with the properties of the magnet obtained from the same powder loaded in the traditional way, in which the powder was loaded into the same rubber matrix for pressing, however, the texture field was turned on after placing the matrix with the powder in the interpolar gap electromagnet. From a comparison of the data in the table it follows that the application of the claimed method allows to increase the texture of the magnets, as a result of which the values of B r and (HV) max are increased by 7 and 19%, respectively.
Пример конкретного выполнения 3Case Study 3
Текстурование порошка Nd-Fe-B в контейнере для спекания: зависимость свойств от загрузочной плотности порошкаTexturing Nd-Fe-B Powder in a Sintering Container: Dependence of Properties on Powder Loading Density
Сплав типа «Strip casting», имеющий состав 30.00 Nd, 1.95 Dy, 66.42 Fe, 0.99 В, 0.54 Со, 0.1 Ga (вес.%), гидрировали и затем измельчали в вибрационной мельнице в среде толуола до среднего размера частиц 2.9 мкм. Порошок засыпали в контейнер из молибдена с внутренней прямоугольной полостью 12×12×20 мм3. Контейнер размещали в центре межполюсного зазора электромагнита и включали постоянное магнитное поле напряженностью не более 12 кЭ. Свободный порошок засыпали в контейнер и затем уплотняли его до загрузочной плотности ρн=2.6-3.2 г/см3, используя поршень и винтовое устройство. Малое давление на порошок (не более 100 кг/см2) не приводило к разрушению наведенной текстуры. После выключения текстурующего поля контейнер извлекали из электромагнита, закрывали крышкой из молибдена и перемещали в печь для спекания. Порошки спекали в вакууме непосредственно в контейнерах при температуре 1100°С в течение 1 ч и проводили дополнительную низкотемпературную обработку 900°С+600°С с выдержкой по 0.5 ч.Strip casting alloys having a composition of 30.00 Nd, 1.95 Dy, 66.42 Fe, 0.99 V, 0.54 Co, 0.1 Ga (wt.%) Were hydrogenated and then crushed in a vibration mill in toluene to an average particle size of 2.9 μm. The powder was poured into a molybdenum container with an internal rectangular cavity of 12 × 12 × 20 mm 3 . The container was placed in the center of the interpolar gap of the electromagnet and a constant magnetic field of no more than 12 kOe was turned on. Free powder was poured into the container and then compacted to a loading density ρ n = 2.6-3.2 g / cm 3 using a piston and a screw device. Low pressure on the powder (not more than 100 kg / cm 2 ) did not lead to the destruction of the induced texture. After turning off the texture field, the container was removed from the electromagnet, closed with a molybdenum lid, and transferred to a sintering furnace. The powders were sintered in vacuum directly in containers at a temperature of 1100 ° С for 1 h and an additional low-temperature treatment of 900 ° С + 600 ° С was carried out with an exposure time of 0.5 h.
На фиг. 1 светлыми треугольниками представлены зависимости плотности ρ, Br, коэрцитивной силы Hc и (ВН)max спеченных магнитов от насыпной плотности порошка. Значения всех характеристик увеличиваются с ростом ρн до 3.1 г/см3.In FIG. 1 bright triangles represent the dependence of the density ρ, B r , coercive force H c and (HH) max of sintered magnets on the bulk density of the powder. The values of all characteristics increase with increasing ρ n to 3.1 g / cm 3 .
Темными треугольниками на фиг. 1 представлены также зависимости ρ, Br, Hc и (ВН)max спеченных магнитов, полученных при загрузке порошка в контейнеры по традиционной схеме до включения магнитного поля. Почти линейное снижение Br этих магнитов свидетельствует о значительном нарушении текстуры с увеличением ρн. Возрастающая сила трения, возникающая между частицами уплотненного порошка, достаточно велика, и это препятствует наведению текстуры в прикладываемом магнитном поле H ~ 12 кЭ. Несмотря на то что магниты, полученные по традиционной схеме, обладают более высокими значениями плотности, они существенно уступают магнитам, порошок которых засыпается во включенное магнитное поле, по значениям Br и (ВН)max. Например, при ρн=3.1 г/см3 значения Br и (ВН)max магнитов, изготовленных по заявленному способу, больше, чем у магнитов традиционной технологии на 71 и 214% соответственно.The dark triangles in FIG. 1 also shows the dependences ρ, B r , H c and (BH) max of sintered magnets obtained by loading the powder into containers according to the traditional scheme until the magnetic field is turned on. An almost linear decrease in B r of these magnets indicates a significant violation of the texture with an increase in ρ n . The increasing friction force arising between the particles of the compacted powder is quite large, and this prevents the texture from being induced in the applied magnetic field H ~ 12 kOe. Despite the fact that the magnets obtained according to the traditional scheme have higher density values, they are significantly inferior to the magnets, the powder of which is poured into the included magnetic field, according to the values of B r and (BH) max . For example, when ρ n = 3.1 g / cm 3, the values of B r and (BH) max of magnets manufactured by the claimed method are 71 and 214% higher than those of traditional technology magnets, respectively.
Причина более низкой плотности магнитов, приготовленных при засыпке порошка во включенном магнитном поле, заключается в том, что формируются цепочки частиц, ориентированные вдоль направления поля. В результате магнитостатического взаимодействия цепочки отталкиваются друг от друга, что препятствует процессу их уплотнения. Загрузочной плотности ρн=3.1 г/см3 недостаточно, чтобы преодолеть силы магнитостатического отталкивания между цепочками. Возникающая неоднородность плотности порошка, загруженного таким образом в контейнер, приводит и к неоднородной плотности спеченных магнитов.The reason for the lower density of magnets prepared by filling the powder in the switched-on magnetic field is that chains of particles are formed that are oriented along the direction of the field. As a result of magnetostatic interaction, the chains repel each other, which impedes the process of compaction. The loading density ρ n = 3.1 g / cm 3 is not enough to overcome the forces of magnetostatic repulsion between the chains. The resulting inhomogeneity in the density of the powder thus loaded into the container also leads to an inhomogeneous density of the sintered magnets.
Значительно превысить ρн=3.1 г/см3 в настоящем эксперименте не представлялось возможным, поскольку прилагаемое при этом давление (около 100 кг/см2) приближалось к пределу прочности используемой конструкции для загрузки порошка. Потенциально возможно дальнейшее повышение ρ, Br и (ВН)max с увеличением ρн вплоть до 3.5 г/см3 (46% от плотности исходного литого сплава). Однако дальнейшее уплотнение порошка, как известно [H. Kotera, H. Kitahara, A. Onoyama and S. Shima, Behaviour of Magnetic Particles in Compaction, IEEE Transactions on magnetics 33 (1997) 1616-1619], сопровождается разрушением текстуры в схеме прессования, когда усилие прессования прикладывается перпендикулярно направлению текстурующего магнитного поля.Significantly exceed ρ n = 3.1 g / cm 3 in the present experiment was not possible, since the applied pressure (about 100 kg / cm 2 ) approached the tensile strength of the structure used to load the powder. Potentially, a further increase in ρ, B r, and (BH) max is possible with an increase in ρ n up to 3.5 g / cm 3 (46% of the density of the initial cast alloy). However, further powder compaction is known [H. Kotera, H. Kitahara, A. Onoyama and S. Shima, Behavior of Magnetic Particles in Compaction, IEEE Transactions on magnetics 33 (1997) 1616-1619], is accompanied by the destruction of the texture in the pressing pattern, when the pressing force is applied perpendicular to the direction of the texture magnetic field .
Пример конкретного выполнения 4
Текстурование порошка Nd-Fe-B в контейнере для спекания: зависимость свойств от напряженности текстурующего поляTexturing Nd-Fe-B Powder in a Sintering Container: Dependence of Properties on Textural Field Strength
Сплав типа «Strip casting», имеющий такой же состав, как и в примере 3, гидрировали и затем измельчали в вибрационной мельнице в среде толуола до среднего размера частиц 2.9 мкм. Порошки загружали при различной напряженности текстурующего поля от 2 до 12 кЭ, компактируя до ρн≈2.8 г/см3, без вибрации и с вибрацией на частоте 40 Гц в такие же контейнеры из молибдена, как и в примере 3. Порошки спекали в вакууме непосредственно в контейнерах при температуре 1100°С в течение 1 ч и проводили дополнительную низкотемпературную обработку 900°С+600°С с выдержкой по 0.5 ч.An alloy of the "Strip casting" type, having the same composition as in Example 3, was hydrogenated and then ground in a vibration mill in toluene to an average particle size of 2.9 μm. The powders were loaded at various texture field intensities from 2 to 12 kOe, compacting to ρ n ≈ 2.8 g / cm 3 , without vibration and with vibration at a frequency of 40 Hz, in the same molybdenum containers as in Example 3. The powders were sintered in vacuum directly in containers at a temperature of 1100 ° C for 1 h and an additional low-temperature treatment of 900 ° C + 600 ° C was carried out with a shutter speed of 0.5 h.
На фиг. 2 представлена зависимость свойств спеченных магнитов от напряженности текстурующего поля Н. При напряженности текстурующего поля менее 8 кЭ плотность спеченных магнитов, приготовленных из порошка без вибрации, постепенно снижается.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the properties of sintered magnets on the strength of the texture field N. When the texture field strength is less than 8 kOe, the density of sintered magnets prepared from powder without vibration gradually decreases.
Приложение вибрации при H<8 кЭ способствует небольшому повышению ρ. Значения Br резко увеличиваются в полях до 8 кЭ, что при постоянных или уменьшающихся значениях плотности свидетельствует о возрастающей степени текстуры. По-видимому, пока напряженность текстурующего поля меньше собственного размагничивающего поля частиц, определяемого их формой, они не намагничиваются до насыщения и неспособны организовать хорошо выстроенные цепочки. Прикладываемое давление преодолевает силы магнитостатического отталкивания, возникающие между ними, а приложение вибрация благоприятствует однородной упаковке порошка, что способствует достижению высоких значений ρ после спекания. Текстурующее поле более 8 кЭ гарантированно преодолевает размагничивающее поле каждой отдельной частицы, намагничивая их до насыщения и выстраивая в идеальные цепочки. При этом внешнее давление, обеспечивающее ρн≈2.8 г/см3, уже не способно преодолеть силы магнитостатического отталкивания цепочек и недостаточно для создания однородного распределения плотности текстурованного порошка, что приводит к пористости спеченных магнитов и снижению их плотности.The application of vibration at H <8 kOe contributes to a small increase in ρ. Values of B r sharply increase in fields to 8 kOe, which at constant or decreasing density values indicates an increasing degree of texture. Apparently, while the intensity of the texture field is less than the demagnetizing field of the particles, determined by their shape, they are not magnetized to saturation and are unable to organize well-aligned chains. The applied pressure overcomes the magnetostatic repulsive forces arising between them, and the application of vibration favors the uniform packing of the powder, which helps to achieve high ρ values after sintering. A texture field of more than 8 kOe is guaranteed to overcome the demagnetizing field of each individual particle, magnetizing them to saturation and building them into ideal chains. In this case, the external pressure, providing ρ n ≈ 2.8 g / cm 3 , is no longer able to overcome the forces of magnetostatic repulsion of the chains and is insufficient to create a uniform density distribution of the textured powder, which leads to porosity of the sintered magnets and a decrease in their density.
Пример конкретного выполнения 5.An example of a
Сравнение текстурования порошка Nd-Fe-B по традиционной схеме ПБП и путем засыпки в контейнер, помещенный в магнитное полеComparison of texturing of Nd-Fe-B powder according to the traditional PBP scheme and by filling it into a container placed in a magnetic field
Используя сплав такого же состава, как и в примере 3, для сравнения были приготовлены ПБП-магниты по заявленному способу загрузки порошка во включенное постоянное магнитное поле напряженностью 12 кЭ с последующим уплотнением до ρн=2.966 г/см3 и по схеме, предложенной Sagawa, в соответствие с которой порошок загружали в контейнер для спекания с ρн=2.975 г/см3 и затем текстуровали в импульсном магнитном поле напряженностью 46 кЭ. Текстурование в импульсном поле было выполнено приложением 5-ти импульсов, причем в каждом нечетном импульсе направление вектора напряженности магнитного поля изменяли на противоположное. Порошки, текстурованные в импульсном магнитном поле и по заявленному способу совместно спекали в вакууме непосредственно в контейнерах при температуре 1100°С в течение 1 ч и затем проводили дополнительную низкотемпературную обработку 900°С+600°С с выдержкой по 0.5 ч.Using an alloy of the same composition as in example 3, for comparison, PBP magnets were prepared according to the claimed method of loading the powder into an included permanent magnetic field of 12 kOe with subsequent compaction to ρ n = 2.966 g / cm 3 and according to the scheme proposed by Sagawa , in accordance with which the powder was loaded into a sintering container with ρ n = 2.975 g / cm 3 and then textured in a pulsed magnetic field of 46 kOe. Texturing in a pulsed field was performed by applying 5 pulses, and in each odd pulse the direction of the magnetic field vector was reversed. The powders textured in a pulsed magnetic field and according to the claimed method were jointly sintered in vacuum directly in containers at a temperature of 1100 ° C for 1 h and then an additional low-temperature treatment of 900 ° C + 600 ° C was carried out with a holding time of 0.5 h.
На фиг. 3 представлены кривые размагничивания, измеренные вдоль и поперек текстуры, на магнитах, приготовленных по заявленному и традиционному способу. Свойства полученных магнитов приведены в таблице 3.In FIG. 3 shows the demagnetization curves, measured along and across the texture, on magnets prepared according to the claimed and traditional method. The properties of the obtained magnets are shown in table 3.
Из представленных данных видно, что значение Br образца, полученного путем засыпки порошка в магнитном поле, выше, чем у образца, который текстуровали в импульсном магнитном поле. Используя формулу Ферненгеля [Fernengel W., Lehneret A., Katter М., Rodewald W., Wall В. Examination of the degree of alignment in sintered Nd-Fe-B magnets by measurements of the remanent polarizations // J. Magn. Magn. Mater. V. 157/158. 1996. P. 19-20]:From the presented data it is seen that the B r value of the sample obtained by filling the powder in a magnetic field is higher than that of a sample that was textured in a pulsed magnetic field. Using the Fernengel formula [Fernengel W., Lehneret A., Katter M., Rodewald W., Wall B. Examination of the degree of alignment in sintered Nd-Fe-B magnets by measurements of the remanent polarizations // J. Magn. Magn. Mater. V. 157/158. 1996. P. 19-20]:
где Br и Brp - остаточная индукция магнита, измеренная вдоль и поперек оси текстуры, соответственно были рассчитаны коэффициенты степени текстуры αT, которые также приведенные в таблице 3. Высокая степень текстуры наводится при засыпке порошка по заявленному способу в относительно небольших полях. Она на 3% больше по сравнению с текстурой магнита, текстурованного в импульсном магнитном поле, напряженность которого почти в 4 раза превосходит напряженность постоянного поля, используемого в заявленном способе текстурования.where B r and B rp are the residual induction of the magnet, measured along and across the axis of the texture, respectively, the coefficients of the degree of texture α T were calculated, which are also shown in table 3. A high degree of texture is induced when the powder is filled by the claimed method in relatively small fields. It is 3% higher compared to the texture of a magnet textured in a pulsed magnetic field, the intensity of which is almost 4 times higher than the constant field strength used in the claimed texturing method.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016107525A RU2631055C2 (en) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | Method for manufacturing constant magnets from alloys based on rare-earth elements, iron and cobalt with improved magnetic properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016107525A RU2631055C2 (en) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | Method for manufacturing constant magnets from alloys based on rare-earth elements, iron and cobalt with improved magnetic properties |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016107525A RU2016107525A (en) | 2017-09-04 |
| RU2631055C2 true RU2631055C2 (en) | 2017-09-18 |
Family
ID=59798465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016107525A RU2631055C2 (en) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | Method for manufacturing constant magnets from alloys based on rare-earth elements, iron and cobalt with improved magnetic properties |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2631055C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU547290A1 (en) * | 1975-06-27 | 1977-02-25 | Предприятие П/Я Г-4128 | Method of manufacturing permanent magnets based on cobalt alloys with rare earth metals |
| SU574781A1 (en) * | 1976-05-14 | 1977-09-30 | Предприятие П/Я А-1216 | Method of manufacturing permanent magnets based on alloy of rare-earth metals with cobalt |
| SU574779A1 (en) * | 1972-11-16 | 1977-09-30 | Калининский Государственный Университет Редкоземельных Металлов | Method of manufacturing permanent magnets from cobalt-and rare earth metal-base alloys |
| SU1057991A1 (en) * | 1982-06-28 | 1983-11-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | Process for manufacturing permanent caked magnetics based on alloys of cobalt with free-earth metals |
| US8545641B2 (en) * | 2004-07-01 | 2013-10-01 | Intermetallics Co., Ltd. | Method and system for manufacturing sintered rare-earth magnet having magnetic anisotropy |
| RU2525867C1 (en) * | 2013-06-14 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | METHOD TO PRODUCE SINTERED HIGHLY ENERGY-INTENSIVE PERMANENT MAGNET FROM ALLOY BASED ON Nd-Fe-B |
-
2016
- 2016-03-01 RU RU2016107525A patent/RU2631055C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU574779A1 (en) * | 1972-11-16 | 1977-09-30 | Калининский Государственный Университет Редкоземельных Металлов | Method of manufacturing permanent magnets from cobalt-and rare earth metal-base alloys |
| SU547290A1 (en) * | 1975-06-27 | 1977-02-25 | Предприятие П/Я Г-4128 | Method of manufacturing permanent magnets based on cobalt alloys with rare earth metals |
| SU574781A1 (en) * | 1976-05-14 | 1977-09-30 | Предприятие П/Я А-1216 | Method of manufacturing permanent magnets based on alloy of rare-earth metals with cobalt |
| SU1057991A1 (en) * | 1982-06-28 | 1983-11-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | Process for manufacturing permanent caked magnetics based on alloys of cobalt with free-earth metals |
| US8545641B2 (en) * | 2004-07-01 | 2013-10-01 | Intermetallics Co., Ltd. | Method and system for manufacturing sintered rare-earth magnet having magnetic anisotropy |
| RU2525867C1 (en) * | 2013-06-14 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | METHOD TO PRODUCE SINTERED HIGHLY ENERGY-INTENSIVE PERMANENT MAGNET FROM ALLOY BASED ON Nd-Fe-B |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016107525A (en) | 2017-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4391897B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for magnetic anisotropic rare earth sintered magnet | |
| JP5815655B2 (en) | R-T-B-M-C sintered magnet manufacturing method and manufacturing apparatus thereof | |
| US20120176212A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING SINTERED NdFeB MAGNET, AND SINTERED NdFeB MAGNET PRODUCED BY THE PRODUCTION METHOD | |
| Wang et al. | Microstructure characteristics and optimization of 2: 17-type Sm-Co sintered magnets with different iron content | |
| Liu et al. | Sm/sub 2/(Co, Fe, Cu, Zr)/sub 17/magnets with higher Fe content | |
| WO2013054778A1 (en) | Manufacturing method for magnetic powder for forming sintered body of rare-earth magnet precursor | |
| JP4819103B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for magnetic anisotropic rare earth sintered magnet | |
| Zhang et al. | Hot-deformed Nd-Fe-B magnets fabricated by dynamic loading with a high maximum energy product | |
| JPWO2019151245A1 (en) | RTB series rare earth permanent magnet | |
| Lalana | Permanent magnets and its production by powder metallurgy | |
| CN105047344B (en) | R T B system's permanent magnets and electric rotating machine | |
| Qiao et al. | The effect of doping Cu powders on mechanical properties and magnetic properties of Sm (CoFeCuZr) z sintered magnets | |
| Saito | Production of Sm–Fe–N bulk magnets by spark plasma sintering method | |
| Popov et al. | Pressless process in route of obtaining sintered Nd–Fe–B magnets | |
| CN103971919B (en) | A kind of sintering method of neodymium iron boron magnetic body | |
| Chi et al. | Towards manufacturing of Nd-Fe-B magnets by continuous rotary swaging of cast alloy | |
| JP2013115156A (en) | Method of manufacturing r-t-b-based permanent magnet | |
| RU2631055C2 (en) | Method for manufacturing constant magnets from alloys based on rare-earth elements, iron and cobalt with improved magnetic properties | |
| Vasilenko et al. | Microstructure and properties of Nd–Fe–B alloys produced by strip casting and of permanent magnets fabricated from them | |
| CN100394521C (en) | Molding method in magnetic field and manufacturing method of rare earth sintered magnet | |
| KR20040085988A (en) | Axial pressing method for improved magnetic alignment of rare earth magnet and apparatus thereof | |
| Rybalka | Nanocrystalline microstructure formation during hydrogen-induced phase transformations in Nd2Fe14B hard magnetic alloy | |
| JPH0935977A (en) | Method for manufacturing anisotropic sintered magnet | |
| RU2424082C2 (en) | Method of orienting powder of single-axis magnetic material by pulsed magnetic field | |
| JP4774652B2 (en) | Manufacturing method of rare earth sintered magnet |