способ изготовления магнитов на основе сплава редкоземельный металл - железо - бор

Формула изобретения

1. Способ изготовления магнитов на основе сплава редкоземельный металл - железо - бор, включающий выплавку сплава заданного химического состава и кристаллической структуры в атмосфере инертного газа, измельчение слитков сплава в порошок, прессование порошка в магнитном поле, спекание и термическую обработку заготовок, отличающийся тем, что выплавку сплава проводят в индукционной вакуумной печи при давлении 510^-3 - 760 мм рт.ст., измельчение осуществляют в несколько стадий: дробление слитков на куски размерами 3-5 см, дробление кусков до получения частиц крупностью не более 5 мм, измельчение частиц до фракции менее 0,7 мм и помол в среде этилового или изопропилового спирта до получения суспензии порошка в спирте со средним зерном 1-3 мкм и перед спеканием проводят сушку при остаточном давлении не более 1 мм рт.ст.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после термической осуществляют механическую обработку заготовок.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дробление слитков на куски размерами 3-5 см осуществляют на гидравлическом прессе

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дробление кусков до получения частиц крупностью не более 5 мм осуществляют в роликовой дробилке при продуве рабочей камеры аргоном с расходом 5-10 л/мин.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельчение частиц по фракции менее 0,7 мм осуществляют в конусно-инерционной дробилке в потоке инертного газа с расходом 5-10 л/мин.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что помол в среде этилового или изопропилового спирта осуществляют в вибромельнице в течение 3-4 ч.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед прессованием пресс-массу с относительной влажностью 30-50 мас.% подвергают перетиранию через сито с ячейкой 500 мкм.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прессование осуществляют при удельном давлении 100-1000 кг/см² в магнитном поле напряженностью до 12 кЭ при перемешивании пресс-массы в защитной инертной среде.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прессования заготовки магнитов сушат в вакууме в течение 1-10 ч.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что спекание проводят при высоковакуумной откачке до давления не более 10^-5 мм рт.ст. и нагреве с двумя выдержками.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую обработку заготовок производят нагревом в вакууме при 500-900^oC, выдержкой в течение 30-300 мин при этой температуре и охлаждением путем напуска инертного газа.

12. Способ по п.13, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют путем выкладывания заготовок в атмосферную среду.

13. Способ по п.2, отличающийся тем, что после механической обработки на магнитные заготовки наносят коррозионно-стойкое покрытие.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что покрытие наносят фосфатным пассивированием.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что наносят электролитическое покрытие.

16. Способ по п.2, отличающийся тем, что после механической обработки осуществляют дополнительную термическую обработку при 500-900^oC в течение 30-300 мкм для восстановления магнитных параметров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способам изготовления магнитов из сплавов неодим-железо-бор (РЗМ-Fe-B).

За последнее время был проведен ряд исследований магнитных свойств магнитов из сплавов Nd-Fe-B в интервале температур 200 - 700 К с целью выяснения возможности их применения в различных условиях эксплуатации.

Измерения в большинстве случаев проводились на промышленных магнитах с остаточной индукцией Br 1,1 - 1,25 Тл и различными значениями коэрцитивной силы HcM 900 - 2000 кА/м.

Исследования показали более сильные температурные изменения всех магнитных величин для магнитов Nd-Fe-B, чем для SmCo₅ и SmCo₁₇ магнитов. Расчетные значения температурного коэффициента остаточной индукции намагниченности для магнитов Nd-Fe-B в интервале температур 293 - 423 (20^oC : 150^oC) составили 0,11 - 0,13% К, что примерно в три раза выше, чем для SmCo₅ магнитов.

Изобретение направлено на совершенствование технологии изготовления магнитов из сплава РЗМ-Fe-B.

Известен способ получения магнитов FeCo и Fe-Co-Cr (WO 89/12112, кл. C 22 C 1/04).

Существенным недостатком магнитов этой системы является резкое снижение их коэрцитивной силы с повышением температуры.

Известен способ получения магнитов спеканием порошка интерметаллического соединения Fe-РЗМ (DE, 2059301, кл. C 22 C 1/04, 1972).

Недостатком является неустойчивость порошка на воздухе из-за его склонности к окислению и невысокое значение коэрцитивной силы и невысокие магнитные характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления магнитов из сплава Nd-Fe-B, включающий выплавку сплава заданного химического состава и кристаллической структуры в атмосфере инертного газа, измельчение слитков сплава в порошок, прессование порошка в магнитном поле, спекание и термическую обработку заготовок (Высокоэнергетические постоянные магниты и их применение в электромеханике. Тр. ВНИИЭМ. Т. 85. - М., 1987, с. 11 - 23).

Недостатком данного способа является нестабильность гистерезисных свойств магнитов, невысокое значение коэрцитивной силы.

Техническим результатом изобретения является формирование стабильных высоких гистерезисных свойств магнитов, повышение значения коэрцитивной силы и магнитных характеристик.

Для достижения технического результата в способе изготовления магнитов из сплава Nd-Fe-B, включающем выплавку сплава заданного химического состава и кристаллической структуры в атмосфере инертного газа, измельчение слитков сплава в порошок, прессование порошка в магнитном поле, спекание и термическую обработку заготовок, согласно изобретению выплавку сплава проводят в индукционной вакуумной печи при давлении 5 10^-3 - 760 мм рт.ст., измельчение осуществляют в несколько стадий: дробление слитков на куски с размерами 3 - 5 см, дробление кусков до получения частиц крупностью не более 5 мм, измельчение частиц до фракции менее 0,7 мм и помол в среде этилового или изопропилового этилового спирта до получения суспензии порошка в спирте со средним зерном 1 : 3 мкм, перед прессованием пресс-массу перетирают через сито с ячейкой 500 мкм и перед спеканием проводят сушку в вакууме при остаточном давлении 0,1 мм рт. ст.

Оптимальными условиями являются следующие:

- после термической осуществляют механическую обработку заготовок;

- дробление слитков на куски с размерами 3 - 5 см осуществляют на гидравлическом прессе;

- дробление кусков до получения частиц крупностью не более 5 мм осуществляют в рамковой дробилке при продуве рабочей камеры аргоном с расходом 5 - 10 л/мин;

- измельчение частиц до фракции менее 0,7 мм осуществляют в конусно-инерционной дробилке в потоке инертного газа с расходом 5 - 10 л/мин;

- помол в среде этилового или изопропилового спирта осуществляют в течение 3 - 4 ч;

- перед прессованием пресс-массу с относительной влажностью 30 - 50 мас. % подвергают перетиранию через сито с ячейкой 500 мкм;

- прессование осуществляют при удельном давлении 100 - 1000 кг/см² в магнитном поле напряженностью до 12 кЭ при перемешивании пресс-массы в защитной инертной среде;

- после прессования заготовки магнитов сушат в вакууме в течение 1 - 10 ч;

- спекание проводят при высоковакуумной откачке до давления 10^-5 мм рт. ст. и нагреве с двумя выдержками;

- термическую обработку заготовок производят нагревом в вакууме до 500 - 900^oC, с выдержкой в течение 30 - 300 мин при этой температуре и охлаждением путем напуска инертного газа;

- охлаждение осуществляют путем выкладывания заготовок в атмосферную среду;

- после механической обработки на магнитные заготовки наносят коррозионностойкое покрытие;

- покрытие наносят фосфатным пассивированием;

- наносят электролитическое покрытие на основе цинк-хромата;

- после механической обработки осуществляют дополнительную термическую обработку при 500 - 900^oC в течение 30 - 300 мин для восстановления магнитных параметров.

Сущность изобретения иллюстрируется нижеприведенным примером.

В приведенном примере в качестве редкоземельного металла использован неодим.

Выплавку сплава проводят в индукционной вакуумной печи УППФ-ЗМ в атмосфере инертного газа (Ar) при P = 5 10³ - 760 мм рт.ст.

Порошок получают механическим измельчением с окончательным размером частиц 1 - 3 мкм (после тонкого "мокрого" помола), т.е. сплав проходит несколько стадий измельчения, а именно:

- дробление слитков (30 кг) на гидравлическом прессе в специальном приспособлении на куски с размерами 3 - 5 см;

- дробление кусков в рамковой дробилке (МВР-03) при продувке рабочей камеры аргоном расходом 5 - 10 л/мин до получения частиц крупностью не более 5 мм;

- в конусно-инерционной дробилке (КИД-100) в потоке инертного газа (аргон 5 - 10 л/мин) порошок доводится до фракции менее 0,7 мм, затем просеивается через сито с ячейкой 500 мкм;

- особенностью завершения этапа помола является помол в среде этилового (или изопропилового) спирта, так называемый "мокрый помол" в вибромельнице МВ-001, с частотой 1500 кол./мин и амплитудой 2,08 мм. В мельницу загружают 5,0 кг порошка крупностью менее 500 мкм и заливают 5 л спирта. После 3 - 4-ч помола получают суспензию порошка в спирте со средним размером зерна 1 - 3 мкм. После 30 мин отстоя суспензии 1,0 - 2,0 л спирт сливают, полученную пресс-массу с относительной влажностью 38 мас.%, направляют на операцию прессования.

Перед прессованием заготовок пресс-массу перетирают через сито ячейкой 500 мкм с целью исключения попадания инородных включений, резко снижающих магнитные параметры и приводящих к выводу из строя пресс-инструмента.

Прессование заготовок магнитов в магнитном поле производят как на механических, так и на гидравлических прессах. Удельное давление прессования от 100 до 1000 кг/см².

Магнитное поле напряженностью в рабочем зазоре до 12 кЭ создается магнитной системой, состоящей из магнитопроводов и намагничивающих катушек. Для исключения сегрегации пресс-массы в бункере установлена мешалка, перемешивающая пресс-массу в течение всего времени прессования. Прессы оборудованы дозаторами, производящими объемное дозирование пресс-массы. После прессования заготовки имеют плотность не более 80% от теоретической и влажность не более 15%. Отпрессованные заготовки магнитов укладывают в лодочки для спекания и помещают в камеру с пониженной температурой и инертной средой (Al, N₂) на время не более 3 ч.

Сушку и спекание магнитов производят в вакуумных камерных печах СНВЭ 1.2.1/16И4. Сушку проводят в вакууме при остаточном давлении не более 1 мм рт. ст. без включения нагрева. Критерием окончания сушки является повышение вакуума в камере до давления 5 10^-2 мм рт.ст. Затем включают высоковакуумную откачку до давления 10^-5 мм рт.ст. в течение 2 ч с последующим нагревом. В процессе нагрева проводят две выдержки в течение 30 мин: при температуре 120 - 200^oC и температуре 550 - 640^oC. Температуру спекания и время выдержки выбирают в зависимости от химического состава сплава и типа изделия в интервале 1050 - 150^oC в течение 60 - 180 мин. При температуре спекания обеспечивают высокий уровень вакуума 10^-5 - 10^-6 мм рт. ст. После проведения цикла спекания заготовки охлаждают вместе с печью в вакууме до 500 - 9002^oC, затем следует напуск гелия в камеру до избыточного давления 800 - 900 мм рт.ст. Выгрузку заготовок из печи производят при температуре < 50^oC.

Замеряют плотность спеченных заготовок, магнитные параметры при необходимости заготовки допекаются.

Для поднятия коэрцитивной силы проводят термообработку заготовок: нагрев в вакууме до температуры 500 - 650^oC, выдержку в течение 60 мин при этой температуре и резкое охлаждение за счет напуска инертного газа или выбрасывания заготовок в атмосферу.

На чертеже изображен график спекания магнитных заготовок с отражением зависимости температуры спекания от времени.

Магниты подвергают механической обработке.

Обработку производят на шлифовальных станках алмазным инструментом.

Для восстановления магнитных параметров проводят дополнительную термическую обработку при температуре 600^oC в течение 1 ч. В результате обработки параметры заготовки имеют значения Br > 1,2 Тл, _JHc > 1600 кА/м, _BHc > 840 кА/м.

Для повышения коррозионной стойкости на магниты наносят коррозионностойкое покрытие: фосфатное пассивирование или электролитическое на основе цинк-хромата. Перед нанесением покрытий магниты промывают, подвергают операции "галтовка" в вибрационной установке ТВУ-80 с целью притупления острых кромок на поверхностях магнитов.

На готовых магнитах контролируют параметры, внешний вид, геометрические размеры, коррозионную стойкость (выборочно), магниты упаковывают и направляют в хранилище.

Изготовленные магниты являются высокоэнергетическими с высокими магнитными характеристиками с высокими гистерезисными свойствами.