Вплив водневої обробки на структуру і властивості промислових магнітних сплавів на основі систем Sm-Co і Dd-Fe-B - Автореферат

З цією метою інтенсивно розробляється новий клас магнітних матеріалів, основою яких є рідкісноземельні метали (РЗМ), які при взаємодії з воднем окрихчуються. Оскільки такі магніти виготовляють методами порошкової металургії, то їх водневе окрихчення є позитивним фактором, який дозволяє, провівши механічну обробку у водні, значно підвищити продуктивність процесу отримання порошку за скорочення його тривалості і зменшення енергозатрат. Крім того, відкритий у кінці 80-х років минулого століття новий процес водневої обробки гідридотвірних матеріалів - ГДДР (гідрування-диспропорціонування-десорбція-рекомбінація) дозволяє не тільки подрібнити сплави, але й цілеспрямовано змінити їх фазово-структурний стан і властивості. Оскільки затрати на розділення такої суміші різко підвищать собівартість магнітів, була висунута альтернатива - розробити вітчизняні технології створення постійних магнітів з сировини України, взявши за основу дидим. Встановити закономірності впливу водню (процес ГДДР) на фазово-структурний стан сплавів систем Sm-Co і Dd-Fe-B та видати рекомендації щодо оптимізації їх водневої обробки для покращення структури та магнітних характеристик.Визначення воденьсорбційної ємності досліджуваних сплавів (волюметричний аналіз) проводили на виготовленій у ФМІ НАНУ установці за кінетикою зміни тиску водню в робочій камері, що містить зразок масою 0,5-1,0 г. Термостабільність гідридів та процес ГДДР вивчали на розробленій та виготовленій у ФМІ НАНУ компютеризованій установці диференціального термічного аналізу (ДТА), яка дозволяє за виділенням (поглинанням) теплоти фіксувати процес утворення (розпаду) гідридних фаз та забезпечує можливість водневої обробки гідридотвірних матеріалів за тиску до 10,0 МПА. У третьому розділі обґрунтовано вибір обєктів дослідження, проведено вивчення впливу процесу ГДДР на фазовий склад і мікроструктуру сплавів системи Dd-Fe-B та досліджено вплив водневої обробки на їх магнітні характеристики. У випадку дослідження сплавів “М” встановлена кінетика їх наводнення за різних початкових тисків і показано, що зростання тиску водню від 0,05 до 0,2 МПА скорочує час насичення від 6 до 1 год. У вихідному стані сплав містить дві фази - основну Dd2Fe14B та додаткову складу Dd1,1Fe4B4 і диспропорціонує вже за тиску 0,1 МПА.У дисертації запропоновано новий підхід до вирішення науково-технічного завдання створення високоефективних постійних магнітів з сировини України, який полягає у застосуванні водневої обробки (процес ГДДР) до зміни структури і властивостей сплавів систем Sm-Co i Dd-Fe-B. Вперше встановлено температурно-часові інтервали процесу диспропорціонування-рекомбінації у промислових магнітних сплавах Sm-Co i Dd-Fe-B за тиску водню до 5 МПА. Показано, що процес ГДДР приводить до гомогенізації структури досліджуваних сплавів. Показано, що за перевищення вмісту РЗМ вище стехіометричного складу процес диспропорціонування інтерметалічних сполук на основі систем Sm-Co i Dd-Fe-B відбувається в широкому температурному інтервалі (300-7000С).

Основний зміст роботи

У дисертації запропоновано новий підхід до вирішення науково-технічного завдання створення високоефективних постійних магнітів з сировини України, який полягає у застосуванні водневої обробки (процес ГДДР) до зміни структури і властивостей сплавів систем Sm-Co i Dd-Fe-B.

1. Вперше встановлено температурно-часові інтервали процесу диспропорціонування-рекомбінації у промислових магнітних сплавах Sm-Co i Dd-Fe-B за тиску водню до 5 МПА.

2. Показано, що процес ГДДР приводить до гомогенізації структури досліджуваних сплавів. При цьому наявні в них другі фази SMCO3 i Dd1,1Fe4B4 деградують під впливом водню з утворенням областей дрібнозеренної структури з розміром зерна порядку 0,5 мкм.

3. Показано, що за перевищення вмісту РЗМ вище стехіометричного складу процес диспропорціонування інтерметалічних сполук на основі систем Sm-Co i Dd-Fe-B відбувається в широкому температурному інтервалі (300-7000С). Вперше встановлена залежність критичної температури диспропорціонування сплавів системи Dd-Fe-B від тиску водню (до 6 МПА).

4. Оптимізовано умови механохімічного помелу досліджуваних сплавів у планетарному млині, що дозволило отримати необхідну дисперсність магнітного порошку (3-7 мкм).

5. Встановлено, що зміна магнітних характеристик сплавів системи Dd-Fe-B визначається конкуруючим впливом двох факторів - процесу ГДДР та окислення за високотемпературної обробки магнітів. Показано, що проведення водневої обробки дозволяє підвищити їх магнітну енергію на 8-10 %.

6. Вперше на прикладі досліджених сплавів показана можливість використання комбінованого підходу - поєднання процесу ГДДР і механохімічного помелу у водні для покращення експлуатаційних характеристик постійних магнітів. Отримані результати впроваджені, як складова частина процесу виготовлення магнітів з сировини України, на фірмі “Експромаг” (м. Дніпродзержинськ).

1. І.І. Булик, Р.В. Денис, Ю.Г. Путілов, А.М. Тростянчин. Процес HDDR та водень-сорбційні властивості феромагнітного сплаву Dd16.3Fe76.3B7.4 // Труды III Международ. конф. “Водородная Обработка Материалов” (ВОМ-2001). - Донецк (Украина). - 2001. - C. 156-158.

2. І.І. Булик, Р.В. Денис, В.В. Панасюк, Ю.Г. Путілов, А.М. Тростянчин. Процес ГДДР та водневосорбційні властивості сплаву дидим-алюміній-залізо-бор (Dd12.3Al1.2Fe79.4B6). // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2001. - №4. - С.15-20.

3. Bulyk I.I., Trostyanchyn A.M., Denys R.V. Hydrogen interaction properties of ferromagnetic alloys of Dd-Fe-B system // Proc. VII Internat. Conf. “Hydrogen materials science and chemistry of metal hydrides” (ICHMS’2001). - Alushta (Ukraine). - 2001. - P. 489-491.

4. I.I. Bulyk, V.V. Panasyuk, A.M. Trostianchyn, Yu.G. Putilov. Peculiarities of the HDDR process in R-Fe-B ferromagnetic alloys (R is mixture of Nd, Pr, Ce, La, Dy and others) // Proc. 17th Internat. Workshop on Rare Earth Magnets and their Applications. - Delaware (USA). - 2002. - P. 551-557.

5. V.V. Panasyuk, I.I. Bulyk, A.M. Trostianchyn. The HDDR process in Sm18.57Co46.12Fe27.11Cu5.91Zr2.29 ferromagnetic alloy // Proc. 17th Internat. Workshop on Rare Earth Magnets and their Applications. - Delaware (USA). - 2002. - P. 831-836.

6. V.V. Panasyuk, I.I. Bulyk, A.M. Trostianchyn. The HDDR process in KC37 ferromagnetic alloy // Proc. 17th Internat. Workshop on Rare Earth Magnets and their Applications. - Delaware (USA). - 2002. - P. 826-830.

7. И.И. Булык, В.В. Федоров, А.Н. Тростянчин, Ю.Б. Басараба. В.Г. Сынюшко. Гомогенизационный отжиг интерметаллических соединений гидридообразующих металлов в водороде // Сб. докладов III Международ. конф. “Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов”. - Харьков (Украина). - 2002. - С. 186-190.

8. I.І. Булик, А.М. Тростянчин. Гідрування-диспропорціонування у самарій-кобальтовому феромагнетному сплаві на основі Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17 // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2003. - №4. - С.77-82.

9. Bulyk І.І., Panasyuk V.V., Trostianchyn А.М., Grygorenko G.М., Kostin V.A., Kapitanchuk L.M Metallographic investigations of phase transformations during Solid-HDDR process in ferromagnetic alloys based on Dd2Fe14B (Dd=Nd, Pr, La, Ce, Dy) compound // Proc. VIII Internat. Conf. “Hydrogen materials science and carbon nanomaterials” (ICHMS’2003). - Sudak (Ukraine). - 2003. - P. 204-205.

10. Тростянчин А.М. Вплив обробки у водні на магнітні властивості феромагнітного сплаву Е-78 // Матеріали XVIII Наук.-техн. конф. молодих науковців і спеціалістів ФМІ НАН України (КМН-2003). - Львів (Україна). - 2003. - С.16-19.

11. I.I. Bulyk, V.V. Panasyuk, A.M. Trostianchyn, G.M. Grygorenko, Yu.M. Pomarin, T.G. Taranova, V.A. Kostin and Yu.G. Putilov. Features of the HDDR process in R-Fe-B ferromagnetic alloys (R is a mixture of Nd, Pr, Ce, La, Dy and others) // J. Alloys and Compounds. - 2004. - V. 370. - P. 261-270.

12. I.I. Bulyk, V.V. Panasyuk, A.M. Trostianchyn. Features of the HDDR process in alloys based on the SMCO5 compound // J. Alloys and Compounds. -2004. - V. 379. - P. 154-160.

13. В.В. Панасюк, І.І. Булик, А.М. Тростянчин, В.В. Федоров. Особливості взаємодії з воднем сплавів системи дидим-залізо-бор // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004. - №2. - С. 105-112.

14. И.И. Булык, В.В. Панасюк, А.М. Тростянчин, Г.М. Григоренко, В.А. Костин, Т.Г. Таранова, С.Г. Григоренко. Рентгеновские и металлографические исследования фазовых превращений в ходе Solid-ГДДР в ферромагнитном сплаве системы DDFEB (Dd=Nd, Pr, La, Ce, Dy) // Современная электрометаллургия. - 2004. - № 3. - С. 42-46.

15. В.В. Панасюк, І.І. Булик, А.М. Тростянчин, В.В. Федоров. Особливості взаємодії з воднем сплавів системи дидим-залізо-бор // Труды III Международ. конф. “Водородная Обработка Материалов” (ВОМ-2004). - Донецк-Святогорск (Украина). - 2004. - С. 160-164.

16. І.І. Булик, В.В. Панасюк, А.М. Тростянчин, Ю.Б. Басараба, Ю.Г. Путілов. Спосіб виготовлення сталих магнітів на основі сплавів системи Dd-Fe-B // Патент України 71274 А. H01F7/00, H01F7/02, B22F9/00. Бюл. №11, 2004 р.