Шихта для получения термостабильных магнитных сплавов с редкоземельными металлами на основе системы Nd-Fe-B

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сплавов для постоянных магнитов, может быть использовано для изготовления высокоэнергетических постоянных магнитов системы (Nd, Pr)-Fe-B.

Известен способ получения сплавов редкоземельный металл-железо для постоянных магнитов (SU 1724712, опублик. 07.04.1992), в котором описан состав шихты для получения магнитов, состоящий из фторидов РЗМ, хлорида кальция, металлического железа, стружки кальция.

Недостаток данного способа является наличие празеодима в шихте в качестве нежелательной примеси, которая образуется в результате технологических особенностей передела исходного редкоземельного сырья.

Известна лигатура для получения сплавов для постоянных магнитов (SU 1681559, опублик. 03.01.1994), которая состоит из системы РЗМ-Fe, она дополнительно содержит празеодим при следующем соотношении компонентов, мас. %: неодим 35-85, празеодим 1-25, кальций 0,3-1,5, железо остальное.

Недостатком данного изобретения является не возможность получения высокоэнергетических постоянных магнитов.

Наиболее близкой по технической сущности является шихта для внепечного получения магнитных сплавов с редкоземельными металлами (РЗМ) (SU 1791462, опублик. 30.01.1993 г.), которая состоит из фторида редкоземельного металла, фторида железа, металлического кальция и флюсующей добавки.

Недостатком предложенного состава шихты является то, что наличие празеодима в шихте рассматривалось в качестве нежелательной примеси, которая образуется в результате технологических особенностей передела исходного редкоземельного сырья.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в сокращении технологического цикла изготовления материала за счет получения редкоземельной композиции нужного состава.

Указанный технический результат достигается следующим образом: Шихта для получения термостабильных магнитных сплавов методом кальциетермического восстановления для получения компактных слитков редкоземельных металлов при следующем соотношении компонентов, масс. %:

- фторид редкоземельного металла - 70,0-73,0%

- кальций металлический - 27,0÷30,0%,

при этом соотношение Pr/ΣR во фториде - 10,0÷75,0%.

Шихта может быть использована в процессе кальциетермического восстановления и (или) электролитического способа получения металлических РЗМ для последующего производства термостабильных магнитных сплавов на основе системы (Nd, Pr)-Fe-B.

Известно, что для управления магнитными свойствами высокоэнергетических магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B используется метод легирования, который осуществляется на стадии выплавки сплавов. Одним из способов повышения термической стабильности магнитных характеристик постоянных магнитов (коэрцитивной силы Hc, остаточной индукции Br), работающих при пониженных температурах, является замещение части неодима на празеодим.

В зависимости от интервала рабочих температур эксплуатации постоянных магнитов (Nd, Pr)-Fe-B допускается замещение 10,0-75,0 масс. % неодима на празеодим. Это достигается тем, что на стадии выплавки магнитных сплавов редкоземельный металл используется в виде смеси компактных слитков неодима и празеодима.

Известно также, что празеодим обладает повышенной склонностью к окислению и глубокой коррозии. Это приводит к потерям Pr за счет его неконтролируемого ухода в шлаковую фазу, а получаемый в результате выплавки состав магнитного сплава будет отличаться от заданного состава отличным от требуемого комплекса гистерезисных характеристик. От этого явления можно уйти, если в процессе выплавки использовать компактные слитки редкоземельного металла или лигатуры с заданным соотношением Nd:Pr.

Известны следующие основные способы получения металлических РЗМ для изготовления высокоэнергетических магнитов типа Nd-Fe-B:

- восстановление металлическим кальцием фторидов РЗМ в тиглях из тугоплавких металлов;

- восстановление металлическим кальцием смеси фторидов РЗМ и железа, флюсующей добавки;

- электролитическое восстановление РЗМ из оксидов.

В качестве исходного сырья в производстве редкоземельных металлов используются оксиды, которые получаются в результате гидрометаллургической переработки редкоземельного концентрата, которая характеризуется наличием большого количества ступеней экстракционного передела. При этом предполагается, что в качестве исходного сырья можно использовать промежуточные продукты гидрометаллургического передела с заданным соотношением между неодимом и празеодимом.

Оксиды РЗМ или их смеси могут использоваться в приготовлении фторидов для кальциетермического способа получения компактных слитков чистых РЗМ или лигатур (мастер-сплавов) РЗМ-железо.

Ниже будут приведены примеры использования смеси индивидуальных оксидов Nd и Pr, а также продукты полученные совместным соосаждением.

Пример 1. Проведение кальциетермического восстановления фторидов РЗМ в укрупненном лабораторном масштабе.

Фториды РЗМ получали из металлической смеси оксидов празеодима и неодима или оксида сложного состава (Nd_xPr_1-x)₂O₃ после операции совместного осаждения путем их взаимодействия с бифторидом аммония HF⋅NH₄F. Восстановление фторидов РЗМ проводили в вакуумной индукционной печи в реакционных тиглях из металлического тантала. Шихта состояла из 72,0 масс. % фторида РЗМ и металлического кальция. Восстановление вели по одному режиму: нагрев до 1450°C в течении 30 минут, выдержка при этой температуре в течении 10 минут, слив расплава в медную изложницу и разборка продуктов плавки после охлаждения до температуры не выше 50°C. Выход металла в слиток для всех опытов составлял 93,0-95,6%. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 2. Проведение кальциетермического восстановления фторидов РЗМ в укрупненном лабораторном масштабе.

Фториды РЗМ получали из металлической смеси оксидов празеодима и неодима или оксида сложного состава (Nd_xPr_1-х)₂O₃ после операции совместного осаждения путем их взаимодействия с бифторидом аммония HF⋅NH₄F. Восстановление фторидов РЗМ проводили в вакуумной индукционной печи в реакционных тиглях из металлического тантала. Шихта состояла из 70,0 масс. % фторида РЗМ и металлического кальция. Восстановление вели по одному режиму: нагрев до 1450°C в течении 30 минут, выдержка при этой температуре в течении 10 минут, слив расплава в медную изложницу и разборка продуктов плавки после охлаждения до температуры не выше 50°C. Выход металла в слиток для всех опытов составлял 93,0-95,6%. Результаты приведены в таблице 2.

Сравнение данных отчетов, приведенных в примерах 1-2 показывает, в редкоземельном металле в виде компактных слитков индивидуальных РЗМ сохраняют соотношение между неодимом и празеодимом, заложенное в исходном сырье.