СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ АНИЗОТРОПНЫХ МАГНИТОПЛАСТОВ

Изобретение относится к области получения полимерных магнитных материалов (магнитопластов) для постоянных магнитов на основе порошков редкоземельных сплавов.

Известен ″Способ получения быстрозакаленных порошков магнитных сплавов системы неодим - железо - бор″, в котором лигатуру сплава неодим - железо, ферробор и чистое железо плавят в керамическом тигле вакуумной индукционной печи. Отливку измельчают механическим способом до величины частиц не более 5 мм. Затем измельченный сплав равномерно подают во вращающийся гарнисажный тигель для переплава в среде инертного газа и распыления на вращающуюся коническую поверхность, полученные частицы имели толщину 0,005-0,02 мм. Частицы подвергались классификации на вибросите для удаления частиц менее 0,4 мм и более 2,5 мм и измельчению в контейнере сжатием. После чего частицы снова классифицировали и проводили термообработку порошка в вакууме при температуре 560-580°С в течение 1-2 мин и охлаждении со скоростью 200-400°С/мин до 100-150°С, причем порошок в процессе термообработки подвергали ударным вибрациям с частотой 1-2 Гц (Патент РФ №2111088, МКИ: 6 В 22 F 9/10, H 01 F 1/057, опубл. 20.05.98).

Известен ″Способ получения спеченной заготовки для изготовления магнита на основе редкоземельного элемента″, в котором для изготовления магнита на основе редкоземельного элемента сплав на основе редкоземельного элемента подвергают первому грубому распылению в атмосфере азота для получения первого порошкообразного материала, состоящего из грубых частиц. Затем полученный порошкообразный материал подвергают первому тонкому распылению для получения тонкого порошкообразного материала и второму тонкому распылению. Первый тонкий порошкообразный сплав на основе редкоземельного элемента смешивают со вторым тонким порошкообразным материалом и полученную смесь подвергают спеканию. Каждый из тонких порошкообразных материалов содержит в качестве основной фазы соединение формулы (LR₁-_xHR_х)₂T₁₄A, где Т - Fe и/или по меньшей мере один переходной металл, отличный от Fe, А - бор и/или углерод; LR - по меньшей мере один легкий редкоземельный элемент; HR - по меньшей мере один тяжелый редкоземельный элемент; и О (Патент WO №2099823 А1, МКИ: 7 H 01 F 1/057, опубл. 02.10.2003, стр.59).

Известен ″Постоянный магнит на основе редкоземельных элементов и способ его изготовления″. Данный способ применяют для получения порошкообразного сплава, используемого для изготовления постоянного магнита на основе редкоземельных элементов R-Fe-В. Исходный сплав подвергают последовательно грубому и тонкому помолу. Грубый помол проводят в водородной атмосфере. После проведения тонкого помола удаляют частично микрочастицы диаметром менее 1,0 мкм так, чтобы их доля по отношению к общей массе порошкообразного сплава составляла менее 10% (Патент US №6491765 ВВ, МКИ: 7 H 01 F 1/057).

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является ″Материал для редкоземельных постоянных магнитов и способ его получения″. Способ получения материала для редкоземельных постоянных магнитов из смеси сплавов состоит из базового сплава на основе системы неодим - железо - бор и сплава-добавки, включает выплавку сплавов, получение порошков сплавов, смешивание и измельчение порошков, компактирование в магнитном поле, спекание компактов и их термообработку, причем для получения материала, микроструктура которого включает три элемента, используют смесь из трех типов сплавов: сплав первого типа - базовый ферромагнитный магнитотвердый сплав на основе системы неодим - железо - бор, вводимый в смесь сплавов в количестве не менее 85 мас.%, сплав второго типа - магнитный сплав, вводимый в смесь сплавов в количестве до 10 мас.%, сплав третьего типа - немагнитный легкоплавкий сплав, вводимый в смесь сплавов в количестве до 5 мас.% (Патент РФ №2174261, МКИ: 7 Н 01 F 1/057, 1/08, опубл. 27.09.2001).

К техническому результату относится получение материала для анизотропных магнитопластов с высокими энергетическими характеристиками остаточной индукции при сохранении высокого уровня коэрцитивной силы постоянных магнитов за счет оптимального подбора качественного и количественного состава компонентов с содержанием редкоземельных элементов, а также получение материала с улучшенными физико-химическими характеристиками, например высокой коррозионной стойкостью, то есть отсутствие окисляемости на воздухе за счет поэтапного в пять стадий изотермического отжига слитка сплава, а также повышение технологичности способа и возможности вторичной переработки отходов.

Технический результат достигается тем, что способ получения материала для анизотропного магнитопласта на основе системы неодим - железо - бор (Nd-Fe-В) включает выплавку сплава, дробление сплава на куски, измельчение кусков сплава с получением порошка, компактирование порошка в ориентирующем магнитном поле и термообработку. При этом выплавляют сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении: мас.%

где М - цирконий, кобальт, ниобий, гафний, алюминий, индий, галлий, тербий, дейтерий, празеодим, марганец, цинк, уран, после дробления осуществляют отжиг в вакуумной печи в течение 20-40 часов в пять этапов.

На первом этапе при 25-130°С вакуумируют до остаточного давления Р=10^-3 мм рт.ст., затем в камеру печи подают водород до давления P₁=700-980 мм рт.ст. При этом в результате химического взаимодействия водорода с неодимом (с образованием его тригидрида NdH₃) происходит растрескивание слитка сплава по гранулам зерен. На втором этапе проводят нагрев до 750-940°С со скоростью 300-400°С/час при постоянном давлении в камере печи Р₂=700-980 мм рт.ст., при этом происходит диспропорционирование и распад основной фазы состава слитка на смесь фаз. На третьем этапе осуществляют изотермическую выдержку при температуре 750-940°С и постоянном давлении Р₃=700-980 мм рт.ст. в течение 120-180 мин. На четвертом этапе осуществляют изотермическую выдержку 750°С-940°С и постоянном давлении Р₄=кР₃, где к=0,1-0,05 в течение 5-30 мин. На пятом этапе при 750-940°С вакуумируют печь до давления Р₅=10^-3 мм рт.ст., в результате чего происходит рост анизотропной магнитной фазы Nd₂Fe₁₄В в виде мелких кристаллов и охлаждают со скоростью 50-100°С/час в вакууме до комнатной температуры. После отжига куски сплава измельчают в дробильном шнековом аппарате и проводят фракционирование.

Способ получения анизотропного материала для магнитопласта осуществляется следующим образом:

- получение слитка Nd - Fe - В;

- гомогенизацию сплава;

- очистку поверхности сплава;

- механическое дробление на куски 1×10 мм;

- загрузку в печь вакуумного отжига;

- пятистадийный отжиг в среде водорода (реакции гидрирования - дегидрирования);

- выгрузку остывшего материала и его измельчение в шнековом дробильном аппарате для получения порошка;

- просеивание с целью получения фракции определенного гранулометрического состава.

Пятиэтапный отжиг в среде водорода поясняется графиком на чертеже.

Пятиэтапный отжиг в среде водорода осуществляется следующим образом: мелко дробленный слиток 10×10×10 с введенной в базовый состав смесью сплавов при следующем соотношении: мас.%:

где М (Zr, Co, Nb, Hf, Al, In, Ga, Tb, Du, Pz, Mn, Zn, U) загружают в печь водородного отжига. На первом этапе вакуумируют печь до остаточного давления Р=10^-3 мм рт.ст. при температуре t₁=25-130°С, затем вводят водород в камеру печи до давления P₁=700-980 мм рт.ст., при этом происходит химическая реакция водорода со свободным неодимом с образованием тригидрида неодима NdH₃, результатом которой является растрескивание слитка по гранулам зерен. На втором этапе сплав нагревают со скоростью 300-400°С в час до температуры 750-940°С при постоянном давлении водорода в камере печи, равном P₁=700-980 мм рт.ст., при этом происходит распад неустойчивого тригидрита неодима на гидрат неодима с выделением избыточного водорода до температуры 680°С, выше которой вновь начинается поглощение водорода материалом. Итогом реакции является начало распада основной фазы сплава на смесь фаз по реакции:

1/2(Nd₂Fe₁₄В)+Н₂=NdH₂+¹/₂(Fe₂В)+6Fe

На третьем этапе обработку сплава проводят при постоянной температуре P₃=t₂°C, постоянном давлении Р₃=700-980 мм рт.ст. в течение 120-180 мин до завершения распада фаз сплава.

На четвертом этапе осуществляют изотермическую выдержку при температуре t₄=t₂°С, постоянном давлении P₄=к·Р₃ мм рт.ст., где к=0,1÷0,05 в течение 5-30 мин.

На пятом этапе вакуумируют печь до остаточного давления Р₃=10^-3 мм рт.ст., при температуре t₅=t₄=t₃, в результате чего проходит реакция распада смеси фаз и анизотропный рост основной магнитной фазы Nd₂Fe₁₄B в виде мелких кристаллов, затем охлаждают порошок со скоростью 50-100°С/час в вакууме до комнатной температуры. Полученный порошок фракционируют просеиванием через набор сит: 80, 125, 250 мкм и отобранную фракцию 125-250 мкм используют в качестве магнитотвердого наполнителя в анизотропных магнитопластах, изготавливаемых методом литья под давлением в магнитном поле, а фракции 80-125 мкм для магнитопластов, изготавливаемых методом прямого прессования в магнитном поле.

Предлагаемый способ позволяет получать материалы для анизотропных магнитопластов с высокими энергетическими характеристиками остаточной индукции при сохранении высокого уровня коэрцитивной силы постоянных магнитов за счет оптимального подбора качественного и количественного состава компонентов с содержанием редкоземельных элементов, а также получение материала с улучшенными физико-химическими характеристиками.