СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ НА ОСНОВЕ НЕОДИМ-ЖЕЛЕЗО-БОР

Изобретение относится к области получения постоянных магнитов с мелкозернистой структурой из сплава, например, на основе неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) или празеодим-железо-бор (Pr-Fe-B).

Известно, что магнитные свойства магнитов, например Nd-Fe-B, Pr-Fe-B, (коэрцитивная сила и остаточная индукция) могут быть заметно повышены путем измельчения зерна до нанокристаллического (с размером зерен менее 100 нм) или ультрамелкозернистого размера (с размером зерен менее 1 мкм).

В связи с этим используется, например, метод быстрой закалки Pr(Nd)-Fe-B, в результате которой в сплаве формируется нанокристаллическая структура с размером зерен менее 100 нм [Croat, J.J., Herbst, J.F., Lee, R.W., Pinkerton, F.E., J. Appl. Phys., 1984, vol. 55, No. 6, P. 2078].

Недостатком этой технологии является то, что сплав получается в виде тонких лент или порошков и требуется введение сложной дополнительной операции горячего компактирования и деформации порошков в вакууме.

В качестве ближайшего аналога принят способ получения постоянных магнитов из сплава на основе неодима, железа и бора, включающий заливку расплава в литейную форму и его охлаждение (RU 2461441 С2, 20.09.2012).

Недостатком данного способа является то, что сплав получают в виде достаточно крупных кусочков неправильной формы, устройство вторичного охлаждения с дробильным приспособлением имеет сложную конструкцию.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в получении слитка на основе неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) или празеодим-железо-бор (Pr-Fe-B) с ультрамелкозернистыми размерами зерен (не более 1 мкм) без дополнительных технологических переделов.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения постоянных магнитов толщиной не более 40 мм из сплава на основе неодима, железа, бора включает заливку расплава в литейную форму и его кристаллизацию, при этом расплав подвергают объемной кристаллизации при перемешивании и скорости охлаждения не менее 200°С/мин.

Микроструктура существенно влияет на магнитные характеристики литых постоянных магнитов. При равном химическом составе магнитные параметры значительно возрастают в образцах с ультрамелкозернистой структурой по сравнению с равноосной. Производство отливок с ультрамелкозернистой структурой из магнитотвердых сплавов связано с большими трудностями [Сидоров Е.В. Отливки магнитов с монокристаллической и столбчатой структурами. Теория и практика изготовления. - Владимир, 2007, 164 с.].

Тем не менее создание ультрамелкозернистой структуры в слитке возможно при организации объемной кристаллизации слитка.

Объемная кристаллизация теоретически возможна в однородном температурном поле во всем объеме расплава, залитого в литейную форму [Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки. В 2-х частях. Ч. II. Формирование макроскопического строения отливки. Учебное пособие для машиностроительных вузов по специальности «Машины и технология литейного производства». - М.: Машиностроение, 1979. С. 118].

В реальности объемную кристаллизацию осуществить нельзя. Можно только приблизиться с определенной точностью к условиям объемной кристаллизации путем уменьшения толщины охлаждаемого расплава и увеличения интенсивности перемешивания кристаллизующегося расплава, что достигается при разливке сплава в литейную форму. При этом, когда отставание процесса кристаллизации в центре незначительно по сравнению с его ходом у поверхности формы, можно принять, что процесс близок к объемному.

Скорость затвердевания, Uз, отливки отражает влияние ее толщины, l0 [там же, с. 31]. В то же время скорость затвердевания прямо пропорциональна скорости, S, охлаждения слитка. Поэтому была экспериментально определена связь между толщиной, скоростью охлаждения и характеристикой строения отливки.

На фиг. 1 показана зависимость скорости, S, охлаждения расплава от толщины, l₀, слоя расплава в литейной форме; на фиг. 2 - структура получаемого сплава при различных скоростях охлаждения слитка.

Из полученных результатов следует, что при скорости охлаждения слитка 200 град/мин и более слиток состоит из зерен с размерами не более 1 мкм, что достигается при толщине слитка до 40 мм.

Таким образом, при изготовлении сплава на основе неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) за счет организации объемной кристаллизации в слитке образуется ультрамелкозернистая структура с размерами зерна менее 1 мкм, что достигается при скорости охлаждения слитка не менее 200 град/мин и при толщине слитка не более 40 мм.