1.4 Получение магнитотвердых материалов на основе системы Nd-Fe-b

1.4.1 Порошковая технология

Мелкий порошок Nd-Fe-B запрессовывается в форму, затем спекается, расплавляясь в жидкий материал, и остужается. Существуют 2 способа прессования: штамповка (твердосплавная форма заполняется порошком, который затем прессуется) и изостатическое прессование (специальная «резиновая» форма заполняется порошком и затем прессуется с одинаковой силой по всем направлениям). Штампованные магниты обычно можно сделать мельче, чем при использовании изостатического прессования. Хотя магнитные свойства магнитов, получаемых при изостатическом прессовании, выше, однородность магнитных характеристик обычно ниже, чем для штампованных магнитов. Спеченные магниты обычно требуют дополнительной обработки для удовлетворения требований по допускам размеров.

1.4.2 Методы быстрой закалки

Применительно к сплавам системы Nd-Fe-B метод быстрой закалки из расплава был разработан корпорацией General Motors в 1983 г. и получил название Magnequench-process. Этот метод применяется и для Sm-Co-магнитов. Быстрая закалка из расплава – один из этапов производства магнитов. Однако этот этап и есть принципиальная составляющая метода, поэтому часто этот термин относят ко всему технологическому процессу.

При быстрой закалке формируется особая структура. При достаточно высоких скоростях закалки (~106 К/с) охлаждение расплава происходит настолько быстро, что структура расплава «замораживается» и кристаллизация не происходит. Такое «замороженное» состояние называется аморфным. Оно характеризуется наличием ближнего порядка и отсутствием дальнего.

Существует несколько разновидностей метода закалки из расплава. Методы выстреливания, молота и наковальни, экстракции расплава, центробежного распыления позволяют получать тонкие пластинки аморфного металла массой до грамма. Закалкой на диске, на внутренней поверхности цилиндра (метод центрифуги), прокаткой расплава между двумя валками получаются непрерывные длинные ленты.

1.4.3 Hddr процесс

Недавно был открыт и применяется способ получения оптимальной структуры магнита на основе структуры из наночастиц соединения Fe₁₄Nd₂B, основанный на использовании обратимых твердотельных химических реакций, вызывающих необратимые изменения структуры сплава. В соответствии с этой технологией выполняют термообработку порошка с характерным размером частиц 100 мкм при температуре 800 – 860° С в два этапа: 1) в атмосфере водорода при различных давлениях, и 2) в вакууме.

В результате крупные зерна соединения Fe₁₄Nd₂B разделяются на системы наночастиц этого соединения с оптимальными размерами 0,2 – 0,3 нм, причем они изолированных тонкими слоям неодима. При использовании этой технологии не требуется трудоемкая операция размола, полученные зерна можно легко смешивать с пластмассами и прессовать магниты в со сложной конфигурацией поля. При этом улучшается стойкость магнитов к окислению, уменьшается их стоимость.

Технология получила название HDDR–процесс (по четырем ее главным этапам – гидрирование-диспропорционирование-десорбция-рекомбинация). На первой стадии процесса происходит насыщение порошка водородом, а затем на второй – реакция Fe₁₄Nd₂B + H₂ → Fe + NdH₂ + Fe₂B с образованием нанообластей трех фаз. После откачки водорода (дегидрирования)на третьей стадии происходит обратная реакция, и образуется система наночастиц соединения Fe₁₄Nd₂B. Эти области удается получать с размерами оптимальными для постоянных магнитов – 200 – 300 нм. Сохранение ориентации кристаллографической тетрагональной оси наночастиц Fe₁₄Nd₂B является сложной задачей, необходимо, чтобы она осталась той же, что была в исходных кристаллических зернах Fe₁₄Nd₂B макроразмеров. В таком только случае будут получены наилучшие магнитные свойства. Сохранению ориентации направления осей легкого намагничивания способствуют малые добавки легирующего элемента циркония к сплаву, причем добавки циркония в количестве более 1 процента ухудшают магнитные свойства.

В сравнении с другими методами получения магнитных порошков магнитных наполнителей, метод HDDR отличают следующие преимущества: простота проведения процесса, хорошая однородность магнитных свойств порошков, высокий выход продукции, получение анизотропии порошков путем модификации состава сплава и проведения процедуры отжига.