Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов

Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов

Реферат

 

Изобретение относится к получению постоянных магнитов на основе расплавов редкоземельных металлов и может быть использовано в электротехнике, электронике и приборостроении. С целью повышения магнитных свойств постоянных магнитов и упрощения технологического процесса ихи получения гидрируют сплав редкоземельного металла водородом, выделяемым из гидрида сплава La_0,2-0,8, Ce_0,2-0,8, Ni_3,0-4,5, Ti_0,05-0,20, Cu_0,5-2,0. Это позволяет снизить давление водорода при гидрировании до 1-25 атм. Полученный порошок затем компактируют со связками или без них, в последнем случае проводят спекание в аргоне или водороде, выделяемом из сплава. Для этого после гидрирования проводят десорбцию водорода из порошка сплава на 50-95%. Для предотвращения окисления порошка используют его обработку окисью углерода под давлением 1-20 атм. Для повышения однородности порошка проводят его доизмельчение и магнитную сепарацию. Получены спеченные постоянные магниты из соединений SmCo₅ с энергией 190 кДж/м³ и из соединения Sm_0,56, Dy_0,11, Zr_0,09 (Co_0,77, Cu_0,4, Fe_0,19)_6,7, а также композиционные постоянные магниты из дисперсионно-твердеющих сплавов с энергией 140 кДж/м³. 8 з.п ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов, и может найти применение в электротехнической, электронной, приборостроительной и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение магнитных свойств постоянных магнитов и упрощение технологического процесса их получения. Изобретение основано на экспериментально установленной возможности снижения давления водорода при гидрировании редкоземельных сплавов в случае использования водорода, выделяющегося из гидрида сплава La_0,2-0,8Ce_0,2-0,8Ni_3,0-4,5 Ti_0,05-0,20Cu_0,5-2,0. Данный эффект может быть обусловлен образованием активных радикалов или молекул водорода. Установлено также, что использование порошков, полученных гидрированием сплавов редкоземельных металлов "активным" водородом, выделяемым из гидрида сплава La_0,2-0,8Ce_0,2-0,8Ni_3,0-4,5Ti_0,05-0,20 Cu_0,5-2,0, позволяет повысить магнитные свойства постоянных магнитов, получаемых как уплотнением порошка в магнитном поле со связующим, так и спеканием прессовок с последующей термообработкой. При получении постоянных магнитов из дисперсионно-твердеющих сплавов перед гидрированием целесообразно проводить их термическую обработку для повышения магнитных свойств порошка, после дегидрирования сплава целесообразно для повышения магнитных свойств проводить сепарацию полученного порошка. При получении композиционных постоянных магнитов порошок, получаемый гидрированием, предпочтительно дегидрировать и смешивать с органическим связующим. Для некоторых магнитных сплавов, содержащих большое количество фаз типа R₂Cо₁₇, гидрирование и дегидрирование приводят к образованию порошка с размером частиц более 50 мкм. Это связано с тем, что такой сплав адсорбирует сравнительно небольшое количество водорода и диспергирование его протекает с меньшим эффектов. В этом случае порошок подвергают дополнительному измельчению известными методами до получения частиц заданного размера. При получении постоянных магнитов порошок целесообразно дегидрировать путем десорбции 50 - 95% поглощенного водорода. Сохранение в порошке водорода в количестве 5 - 50% от поглощаемого количества позволяет значительно уменьшить процесс образования окисных фаз при проведении последующих стадий получения магнитов прессованием и спеканием, так как водород создает в образце восстановительную атмосферу и дополнительно способствует уменьшению пористости образцов. Также способствует предотвращению окисления обработка порошка окисью углерода (1 - 20 атм). Окись углерода, сорбируясь на поверхности дисперсного порошка, блокирует активные центры, по которым начинается внедрение кислорода в сплав. При спекании окись углерода легко удаляется, также дополнительно создавая восстановительную атмосферу. При давлении окиси углерода менее 1 атм предотвращение окисления порошков сплава или гидрида не достигается, а повышение давления более 20 атм не приводит к усилению эффекта. Спекание предпочтительно проводить в водородсодержащей атмосфере, образующейся при выделении остаточного водорода из порошка, что обеспечивает повышение магнитных свойств за счет уменьшения окисления. Пример 1. В автоклав загружают 100 г литого сплава SmCо₅, вакуумируют при остаточном давлении 10^-2 - 10^-3 мм рт.ст., перекрывают вакуумную линию и соединяют автоклав с аккумулятором водорода, содержащим сплав La_0,2Ce_0,8Ni_4,5Ti_0,05Cu_0,5. Аккумулятор водорода нагревают горячей водой до создания давления 25 атм и процесс гидрирования ведут до прекращения изменения давления водорода в системе. Затем аккумулятор водорода охлаждают холодной водой, а автоклав с SmCo₅ нагревают до 70^oC, в результате чего происходит десорбция водорода из SmCo₅ в аккумулятор водорода. Проводят пять циклов "адсорбция-десорбция" водорода, после чего перекрывают соединительную линию с аккумулятором водорода и дегазируют автоклав с образцом от остаточного давления 0,1 атм до 10^-2-10^-3 мм рт.ст. В результате проведения операции получен порошок SmCo₅ с размером частиц 3 - 7 мкм. Полученный порошок прессуют в магнитном поле и спекают при 1150^oC в течение 40 мин, термообрабатывают при 870^oC 5 ч. Результаты эксперимента и измерений приведены в таблице. Пример 2. В автоклав загружают 100 г сплава Sm_0,5Mm_0,5Co₅, вакуумируют до остаточного давления 10^-3 - 10^-2 мм рт.ст. при 200^oC, охлаждают до комнатной температуры, перекрывают вакуумную линию и соединяют автоклав с аккумулятором водорода, содержащим сплав La_0,5Ce_0,5N_3,7Ti_0,1Cu_1,2. Аккумулятор водорода нагревают горячей водой до создания давления 12 атм и сплав обрабатывают по примеру 1. Десорбцию водорода проводят до остаточного давления 3 атм и подают в автоклав окись углерода под давлением 20 атм. В результате операции получен порошок гидрида состава Sm_0,5Mm_0,5Co₅H₂ (50% водорода) с размером частиц 10 мкм. Полученный порошок компактируют прессованием в магнитном поле и спекают в атмосфере аргона и водорода, образующегося при разложении гидрида. Результаты эксперимента и измерений приведены в таблице. Пример 3. 200 г сплава следующего состава, мас.%: самарий 24,5; медь 7,0; железо 18; цирконий 2,6; кобальт - остальное, термообрабатывают в течение 4 ч при 1170^oC, закаливают, отжигают 24 ч при 800^oC и в течение 4 ч охлаждают до 400^oC. Прошедший термообработку сплав загружают в автоклав, вакуумируют и соединяют автоклав с аккумулятором водорода, содержащим сплав La_0,8Ce_0,2Ni_3,0Ti_0,2Cu_2,0. Гидрирование проводят под давлением 1 атм. После проведения трех циклов "адсорбция-десорбция" водорода автоклав с порошком вакуумируют до давления 10^-2 - 10^-3 мм рт.ст. В результате этой операции получен порошок с размером частиц 40 - 70 мкм, часть которого прошла стадию магнитного сепарирования и металлизацию. Металлизацию порошка проводят в 3,3%-ном растворе NiCl при pH 4 - 6. Металлизированный порошок промывают дистиллированной водой, сушат и прессуют в магнитном поле 3 10⁶ кА/М под давлением 9,6 10⁸ Н/м². Результаты эксперимента и испытаний приведены в таблице. Для сопоставления в таблице приведен пример (2) получения аналогичного постоянного магнита известным способом. Пример 4. 200 г сплава Sm_0,56Gd_0,24Dy_0,11 Zr_0,009(Co_0,7Cu_0,4Fe_0,19)_6,7 термообрабатывают и гидрируют под давлением 10 атм, как в примере 2. Затем полученный порошок смешивают с 2 мас.% эпоксидной смолы ЭД-22 и компактируют прессованием в магнитном поле 1600 кА/м. Полученные заготовки выдерживают 4 ч при 80 - 85^oC для осуществления полимеризации. Результаты эксперимента и испытаний приведены в таблице. Пример 5. 600 г сплава Sm_0,56Gd_0,24Dy_0,11 Zr_0,009(Co_0,71Cu_0,4Fe_0,18)_6,7 гидрируют под давлением 10 атм, как в примере 1, десорбируют водород в аккумулятор до содержания водорода в сплаве 5% и обрабатывают 20 мин окисью углерода под давлением 1 атм. Полученный порошок дополнительно измельчают до размера частиц 3 - 5 мкм, часть полученного порошка подвергают магнитной сепарации, компактируют в магнитном после и спекают в среде водорода и аргона при 1220^oC 20 мин, термообрабатывают при 1495^oC (1,5 ч), 800^oC (1 ч), 700^oC (1 ч), 600^oC (2 ч) и 500^oC (4 ч). Результаты эксперимента и испытаний приведены в таблице. Пример 6. 200 г сплава (Sm_0,7Gd_0,15Er_0,15) Zr_0,15(Co_0,69Cu_0,09Fe_0,21)_6,0 гидрируют под давлением 10 атм, как в примере 1, затем проводят частичную десорбцию водорода до содержания 25% от первоначального и обрабатывают порошок окисью углерода под давлением 10 атм. Полученный порошок дополнительно измельчают до размеров частиц 3 - 5 мкм и спекают при 1200^oC 3 мин, термообрабатывают при 1170^oC 3 ч, закаливают, выдерживают при 850^oC 10 ч и охлаждают до 400^oC 4 ч. Результаты эксперимента и испытаний представлены в таблице. Как следует из таблицы, предлагаемый способ позволяет повысить уровень магнитных свойств как спеченных, так и композиционных постоянных магнитов (например, для SmCo₅ с 163 до 190 Кдж/м³, а для композиционных магнитов из сплава Sm(Co, Fe, Cu, Zr)_6,8 на никелевой связке с 136 до 138 - 140 кДж/м³ по сравнению с известным способом. Из таблицы видно также, что предлагаемый способ требует при гидрировании давления водорода 1 - 25 атм вместо 120 атм по известному (2) способу, что значительно упрощает технологический процесс получения постоянных магнитов. Из таблицы следуют также преимущества использования магнитной сепарации (примеры 3 и 5), проведения спекания в атмосфере водорода, использования окиси углерода для пассивирования порошка (пример 5). Использование способа позволит повысить эффективность производства редкоземельных постоянных магнитов и их качество.

Формула изобретения

1. Способ получения постоянных магнитов на основе сплавов редкоземельных металлов, включающий гидрирование сплава под давлением газообразного водорода, дегидрирование и компактирование полученного порошка в магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью повышения магнитных свойств постоянных магнитов и упрощения технологического процесса, гидрирование осуществляют в присутствии гидрида соединения La_0,2-0,8 Ce_0,2-0,8 Ni_3,0-4,5 Ti_0,05-0,20 Cu_0,5-2,0, причем либо вводят в полученный порошок перед компактированием связующее, либо после компактирования проводят спекание полученного порошка и термообработку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед гидрированием проводят термическую обработку сплава. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что после дегидрирования проводят магнитную сепарацию полученного порошка. 4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в качестве связующего перед компактированием порошка в него вводят органическое вещество. 5. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что после дегидрирования полученный порошок подвергают дополнительному измельчению. 6. Способ по пп.1 - 3 и 5, отличающийся тем, что перед компактированием полученный порошок металлизируют. 7. Способ по пп.1, 3 и 5, отличающийся тем, что при дегидрировании из порошка десорбируют 50 - 95% поглощенного водорода. 8. Способ по пп.1 - 7, отличающийся тем, что полученный дегидрированием порошок обрабатывают окисью углерода под давлением 1 - 20 атм. 9. Способ по пп.1 - 3, 5, 7 и 8, отличающийся тем, что спекание порошка после компактирования проводят в водородсодержащей атмосфере.

РИСУНКИ

Рисунок 1