RU2476947C2 - METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B - Google Patents
METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B Download PDFInfo
- Publication number
- RU2476947C2 RU2476947C2 RU2011123182/07A RU2011123182A RU2476947C2 RU 2476947 C2 RU2476947 C2 RU 2476947C2 RU 2011123182/07 A RU2011123182/07 A RU 2011123182/07A RU 2011123182 A RU2011123182 A RU 2011123182A RU 2476947 C2 RU2476947 C2 RU 2476947C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnets
- diffusion
- annealing
- powders
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения постоянных магнитов и может быть использовано при производстве высокоэнергоемких постоянных магнитов на основе редкоземельных сплавов и, в частности, на основе сплавов системы неодим-железо-бор (Nd-Fe-B).The invention relates to the field of permanent magnets and can be used in the production of high-energy permanent magnets based on rare-earth alloys and, in particular, based on alloys of the neodymium-iron-boron (Nd-Fe-B) system.
Высокоэнергоемкие спеченные магниты Nd-Fe-B широко используются в магнитных системах различных технических устройств (например, в приводах жестких дисков компьютеров, компрессорах воздушных кондиционеров, фокусирующих системах, в мобильных телефонах, в моторах и генераторах для гибридных и электрических автомобилей и т.д.). Во многих системах магниты эксплуатируются в больших размагничивающих полях и при повышенных температурах окружающей среды, и поэтому они должны обладать не только высокой остаточной индукцией Br и большим значением максимального энергетического произведения (ВН)m, но и высокой коэрцитивной силой Hc. Так как механизм перемагничивания спеченных магнитов Nd-Fe-B связан с образованием зародышей обратной магнитной фазы, то подавление дефектов на границах зерен с локально пониженными значениями поля магнитокристаллической анизотропии На, в которых зародыши формируются, является важной задачей для достижения высоких значений Нc. Решение проблемы увеличения Нc постоянных магнитов Nd-Fe-B без снижения значений Вr и (ВН)m позволяет повысить мощность магнитных систем, их температурную и временную стабильность, а следовательно, расширить область применения и улучшить качество изделий с такими магнитами.High-energy sintered Nd-Fe-B magnets are widely used in magnetic systems of various technical devices (for example, computer hard drive drives, air conditioning compressors, focusing systems, mobile phones, motors and generators for hybrid and electric cars, etc. ) In many systems, magnets are operated in large demagnetizing fields and at elevated ambient temperatures, and therefore they must possess not only a high residual induction B r and a large value of the maximum energy product (BH) m , but also a high coercive force H c . Since the magnetization reversal mechanism of sintered Nd-Fe-B magnets is associated with the formation of nuclei of the inverse magnetic phase, the suppression of defects at grain boundaries with locally lower values of the magnetocrystalline anisotropy field H a in which the nuclei are formed is an important task to achieve high values of H c . Solving the problem of increasing H c of Nd-Fe-B permanent magnets without lowering the values of B r and (HH) m allows one to increase the power of magnetic systems, their temperature and time stability, and therefore, expand the scope and improve the quality of products with such magnets.
Хорошо известно, что замещение части неодима на тяжелые редкоземельные элементы (ТРЗЭ), такие как диспрозий (Dy) или тербий (Tb), эффективно для повышения поля магнитной анизотропии в соединениях (Nd,TPЗЭ)2Fe14B и коэрцитивной силы магнитов на основе этих соединений [S.Hirosawa. Y.Matsuura, H.Yamamoto, S.Fujimura, M.Sagawa, J. Appl. Phys. 59 (1986), pp. 873-879]. В таблице 1 приведены основные свойства соединений R2Fe14B (R - Pr, Nd и Tb): плотность ρ, температура Кюри TC, намагниченность насыщения Ms и поле анизотропии На [Buschow, Materials Science Reports, 1986]. Значения Ha соединений (ТРЗЭ)2Fe14B, где ТРЗЭ - Tb и Dy, в три и два раза соответственно больше значений На соединения Nd2Fe14B. Поэтому замещение части неодима на тяжелые редкоземельные элементы эффективно для повышения значений На в квазитройных соединениях (Nd, ТРЗЭ)2Fe14B. На принципе замещения неодима Nd на Dy и Тb в сплавах Nd-Fe-B основан способ, который широко применяется для повышения коэрцитивной силы, температуры Кюри и температурной стабильности магнитов на основе этих соединений [S. Hirosawa. Y. Matsuura, H. Yamamoto, S. Fujimura, M. Sagawa, J. Appl. Phys. 59 (1986), pp. 873-879].It is well known that the substitution of a part of neodymium for heavy rare-earth elements (TRE), such as dysprosium (Dy) or terbium (Tb), is effective for increasing the magnetic anisotropy field in (Nd, TPЗE) 2 Fe 14 B compounds and the coercive force of magnets based on of these compounds [S. Hirosawa. Y. Matsuura, H. Yamamoto, S. Fujimura, M. Sagawa, J. Appl. Phys. 59 (1986), pp. 873-879]. Table 1 summarizes the main properties of the compounds R 2 Fe 14 B (R - Pr, Nd, and Tb): density ρ, Curie temperature T C , saturation magnetization M s, and anisotropy field Н а [Buschow, Materials Science Reports, 1986]. Values of H a compounds (HREE) 2 Fe 14 B, where HREE - Tb and Dy, in three and two times, respectively, higher than the values N and Nd 2 Fe 14 compound B. Therefore, replacement of a part of neodymium heavy rare earth elements is effective for improving the values of H and in quasi-triple compounds (Nd, TRZE) 2 Fe 14 B. On the principle of substitution of Nd neodymium for Dy and Tb in Nd-Fe-B alloys, a method is based that is widely used to increase the coercive force, Curie temperature and thermal stability of magnets based on these compounds [S. Hirosawa. Y. Matsuura, H. Yamamoto, S. Fujimura, M. Sagawa, J. Appl. Phys. 59 (1986), pp. 873-879].
Для того чтобы увеличить значения Hc от 1000 кА/м, которые присущи спеченным магнитам из тройных сплавов Nd-Fe-B, до 2000 кА/м или более, которые необходимы для эксплуатации магнита при повышенных температурах, обычно от 15 до 30% неодима, входящего в состав сплава, заменяют на Dy или Tb.In order to increase the values of H c from 1000 kA / m, which are inherent in sintered magnets of Nd-Fe-B ternary alloys, to 2000 kA / m or more, which are necessary for operation of the magnet at elevated temperatures, usually from 15 to 30% neodymium , which is part of the alloy, is replaced by Dy or Tb.
Одним из существенных недостатков этого способа является значительное снижение остаточной индукции и максимального энергетического произведения спеченных магнитов, поскольку, как следует из таблицы 1, значения µ0Ms у (ТРЗЭ)2Fe14B примерно в 2.5 раза ниже, чем у Nd2Fe14B. Снижение вызвано тем, что магнитные моменты атомов ТРЗЭ в соединении (Nd,ТРЗЭ)2Fe14B выстраиваются антипараллельно моментам железа, в отличие от моментов Nd, которые выстроены параллельно. Другой недостаток заключается в том, что Dy, и еще более Tb, являются дефицитными и дорогостоящими элементами по сравнению с неодимом, поэтому в условиях интенсивно увеличивающегося потребления магнитов системы Nd-Fe-B с повышенной температурной стабильностью, в частности для производства электромобилей и гибридных автомобилей, их широкое применение становится большой проблемой, которая будет усугубляться с течением времени.One of the significant drawbacks of this method is a significant decrease in the residual induction and the maximum energy product of sintered magnets, since, as follows from Table 1, the values of μ 0 M s for (TRSE) 2 Fe 14 B are approximately 2.5 times lower than for Nd 2 Fe 14 B. The decrease is due to the fact that the magnetic moments of TRE atoms in the (Nd, TRE) 2 Fe 14 B compound line up antiparallel to the iron moments, in contrast to Nd moments that are aligned in parallel. Another disadvantage is that Dy, and even more Tb, are scarce and expensive elements compared to neodymium, therefore, in conditions of rapidly increasing consumption of magnets of the Nd-Fe-B system with increased temperature stability, in particular for the production of electric vehicles and hybrid cars Their widespread use is becoming a big problem that will worsen over time.
Известен также способ получения постоянных магнитов системы Nd-Fe-B с повышенной температурной стабильностью путем приготовления смеси сплавов, состоящей из базового сплава на основе системы неодим-железо-бор и сплава-добавки, обогащенного Dy и/или Tb, который включает выплавку сплавов, получение порошков сплавов, смешивание и измельчение порошков, их компактирование в магнитном поле, спекание компактов при температуре 1000-1120°С и последующую термообработку [Патент США 7244318]. В этом способе высокоэнергетические спеченные постоянные магниты оптимального состава получают путем совместного измельчения, прессования и спекания порошков двух сплавов, существенно различающихся между собой не только по химическому составу, но и по способу получения. Один из сплавов - базовый, концентрация которого в смеси варьируется от 25 до 95 мас.%, близок по составу к стехиометрии магнитотвердого интерметаллического соединения Nd2Fe14B, содержит указанные компоненты в следующих соотношениях, мас.%: неодим 23-31%, бор 1.0-1.2%, железо - остальное. Сплав получают методом вакуумной индукционной плавки. Второй сплав, концентрация которого в смесях сплавов изменяется в пределах 5-75 мас.%, существенно обогащен Dy или Тb до 32-97 мас.%, содержит бор 0.1-1.0% и железо - остальное. Способ имеет множество модификаций в области выбора состава добавок и количества их введения [Патент ЕПВ 0261579; патент РФ 2174261] и позволяет гибко варьировать состав, что обеспечивает возможность достаточно просто получать широкий спектр гистерезисных свойств спеченных магнитов. Концентрация ТРЗЭ около границ зерен в этом способе несколько повышается по сравнению с магнитами, в которых Dy и Tb вводились непосредственно в сплав.There is also known a method for producing permanent magnets of the Nd-Fe-B system with increased temperature stability by preparing a mixture of alloys consisting of a base alloy based on a neodymium-iron-boron system and an additive alloy enriched in Dy and / or Tb, which includes the smelting of alloys, obtaining alloy powders, mixing and grinding powders, compacting them in a magnetic field, sintering compacts at a temperature of 1000-1120 ° C and subsequent heat treatment [US Patent 7244318]. In this method, high-energy sintered permanent magnets of optimal composition are obtained by joint grinding, pressing and sintering of powders of two alloys, which significantly differ from each other not only in chemical composition, but also in the production method. One of the alloys is the base alloy, the concentration of which in the mixture varies from 25 to 95 wt.%, Is close in composition to the stoichiometry of the magnetically hard intermetallic compound Nd 2 Fe 14 B, contains these components in the following proportions, wt.%: Neodymium 23-31%, boron 1.0-1.2%, iron - the rest. The alloy is obtained by vacuum induction melting. The second alloy, the concentration of which in alloy mixtures varies between 5-75 wt.%, Is substantially enriched with Dy or Tb up to 32-97 wt.%, Contains boron 0.1-1.0% and iron - the rest. The method has many modifications in the field of choosing the composition of the additives and the amount of their introduction [Patent EPO 0261579; RF patent 2174261] and allows you to flexibly vary the composition, which provides the ability to quite simply obtain a wide range of hysteresis properties of sintered magnets. The concentration of TRES near the grain boundaries in this method is slightly increased in comparison with magnets in which Dy and Tb were introduced directly into the alloy.
Однако основной недостаток - уменьшение Вr не может быть полностью исключено, поскольку атомы ТРЗЭ интенсивно диффундируют в матричные зерна в процессе спекания магнитов при высоких температурах (1000-1120°С).However, the main drawback is that a decrease in B r cannot be completely ruled out, since TRE atoms diffuse intensively into matrix grains during sintering of magnets at high temperatures (1000–1120 ° С).
Качественно иной подход для решения задачи получения высококоэрцитивных магнитов без снижения Br был предложен Park с соавторами [K.Т.Park, K.Hiraga, M.Sagawa, Effect of metal coating and consecutive heat treatment on coercivity of thin Nd-Fe-B sintered magnets, Proc. of 16th Int. Workshop on REPM and their Applications (Sendai, Japan, 2000), p.257]. Идея подхода заключается в том, чтобы локализовать Dy или Tb преимущественно в парамагнитной межзеренной фазе на поверхности зерен магнитов и таким образом повысить магнитокристаллическую анизотропию в области дефектов на границах зерен и, следовательно, увеличить коэрцитивную силу, при этом сохранив исходную намагниченность или хотя бы не допустив ее сильного уменьшения. Поскольку коэффициент диффузии по границам зерен поликристаллов оказывается в сотни тысяч раз больше, чем коэффициент объемной диффузии, то для достижения цели было предложено использовать диффузионный отжиг. Технически способ реализовался следующим образом. На тонкие пластинки спеченных магнитов Nd-Fe-B с обеих сторон были напылены в вакууме слои Dy толщиной около 3 мкм. После диффузионного отжига таких пластинок в течение 5 мин при 800°С и дополнительного отжига при 600°С в течение 5 мин их Нс увеличилась почти в двое, а Br снизилась примерно на 5%.A qualitatively different approach to solving the problem of producing highly coercive magnets without reducing B r was proposed by Park et al. [K.T. Park, K. Hiraga, M. Sagawa, Effect of metal coating and consecutive heat treatment on coercivity of thin Nd-Fe-B sintered magnets, Proc. of 16 th Int. Workshop on REPM and their Applications (Sendai, Japan, 2000), p. 257]. The idea of the approach is to localize Dy or Tb mainly in the paramagnetic intergranular phase on the surface of the grain of magnets and thus increase the magnetocrystalline anisotropy in the region of defects at the grain boundaries and, therefore, increase the coercive force, while maintaining the original magnetization or at least not allowing its strong reduction. Since the diffusion coefficient at the grain boundaries of polycrystals is hundreds of thousands of times larger than the volume diffusion coefficient, diffusion annealing was proposed to achieve the goal. Technically, the method was implemented as follows. Dy layers with a thickness of about 3 μm were vacuum-deposited on both sides onto thin plates of sintered Nd-Fe-B magnets. After diffusion annealing of such plates for 5 min at 800 ° С and additional annealing at 600 ° С for 5 min, their Н s almost doubled, and B r decreased by about 5%.
Описанный способ имеет два недостатка. Во-первых, результат реализован на очень тонких пластинках (толщина 50 мкм) и, во-вторых, для нанесения слоев диспрозия использован технически сложный метод радиочастотного напыления.The described method has two disadvantages. Firstly, the result is realized on very thin wafers (50 microns thick) and, secondly, a technically sophisticated method of radio frequency sputtering was used to apply dysprosium layers.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения высокоэнергоемких высококоэрцитивных магнитов из сплавов Nd-Fe-B методом диффузионного отжига спеченных магнитов, поверхность которых контактирует с порошками материалов - источников диффузии, в качестве которых были использованы дисперсные порошки оксидов и фторидов ТРЗЭ (Dy, Tb), содержащих высокую концентрацию диспрозия и/или тербия [Патент США 7488393]. Для осуществления способа блоки спеченных магнитов из Nd-Fe-В были разрезаны на пластины толщиной от 1 до 5 мм. Поверхности пластин травили раствором азотной кислоты. Порошки фторидов ТРЗЭ со средним размером частицы менее чем 5.0 мкм и порошки оксидов ТРЗЭ со средним размером частиц менее чем 0.1 мкм смешивали в пропорциях 50:50 (вес.%) с водой. Магниты погружали в смесь, активированную ультразвуком, и затем немедленно высушивали горячим воздухом. Магниты, покрытые порошками TbF3, DyF3 или Dy2O3, отжигали при 800-900°С в течение нескольких часов в атмосфере аргона с последующей низкотемпературной обработкой (НТО) при 500°С в течение 1 ч. Коэрцитивная сила магнитов, обработанных в контакте с порошками DyF3 и TbF3, повысилась приблизительно на 500 кА/м и 680 кА/м соответственно. Остаточная намагниченность после процесса с любым ТРЗЭ-соединением уменьшалась на 20 мТл. Это уменьшение значений Br оказывается значительно ниже по сравнению с магнитом, произведенным, используя стандартный метод спекания смеси порошков.The closest to the claimed technical essence and the achieved result is a method for producing highly energy-intensive high-coercive magnets from Nd-Fe-B alloys by diffusion annealing of sintered magnets, the surface of which is in contact with powders of materials - diffusion sources, for which dispersed powders of TRZE oxides and fluorides were used (Dy, Tb) containing a high concentration of dysprosium and / or terbium [US Patent 7488393]. To implement the method, blocks of sintered Nd-Fe-B magnets were cut into plates with a thickness of 1 to 5 mm. The surface of the plates was etched with a solution of nitric acid. TRZE fluoride powders with an average particle size of less than 5.0 microns and TRZE oxide powders with an average particle size of less than 0.1 microns were mixed in proportions of 50:50 (wt.%) With water. The magnets were immersed in a mixture activated by ultrasound, and then immediately dried with hot air. Magnets coated with TbF 3 , DyF 3, or Dy 2 O 3 powders were annealed at 800–900 ° C for several hours in an argon atmosphere, followed by low-temperature treatment (UTR) at 500 ° C for 1 h. Coercive force of magnets treated in contact with DyF 3 and TbF 3 powders, increased by approximately 500 kA / m and 680 kA / m, respectively. The residual magnetization after the process with any TRZE compound decreased by 20 mT. This decrease in B r values is significantly lower compared to a magnet produced using the standard method of sintering a mixture of powders.
Методом сканирующей электронной микроскопии и микроанализа было показано, что распределение концентрации тербия, неодима, кислорода и фтора в магните, покрытом порошком TbF3, ноднородно. На участке, находящемся на глубине 250 мкм от поверхности магнита, было обнаружено, что Тb диффундирует внутрь магнита через фазу по границам зерен и формирует обогащенные тербием слои на поверхности зерен Nd2Fe14B путем замещения неодима. Толщина слоев, обогащенных Тb, была приблизительно 0.5 мкм для зерен около поверхности магнита и менее чем 0.5 мкм для внутренних зерен. Фтор также диффундировал в магнит, образуя оксофторид NdOF. Применение только порошков фторидов, имеющих самые низкие температуры плавления в ряду использованных контактных материалов, приводило к более высоким значениям Нс магнитов.Using scanning electron microscopy and microanalysis, it was shown that the distribution of the concentration of terbium, neodymium, oxygen, and fluorine in a magnet coated with TbF 3 powder is not uniform. At a site located at a depth of 250 μm from the surface of the magnet, it was found that Tb diffuses into the magnet through the phase along the grain boundaries and forms terbium-enriched layers on the surface of the Nd 2 Fe 14 B grains by replacing neodymium. The thickness of the Tb-enriched layers was approximately 0.5 μm for grains near the surface of the magnet and less than 0.5 μm for internal grains. Fluorine also diffused into the magnet, forming NdOF oxofluoride. The use of only fluoride powders having the lowest melting points in the range of contact materials used led to higher values of H from the magnets.
К недостатку этого способа относятся два обстоятельства, связанные с тем, что в качестве источников диффузии выбраны дисперсионные порошки фторидов и оксидов диспрозия и тербия. Во-первых, поскольку оксиды и фториды ТРЗЭ являются стабильными химическими соединениями с очень высокой температурой плавления, например, для соединений Dy2O3, Tb2O3 она составляет 2400 и 2390°С соответственно. В связи с этим на разложение этих соединений с целью отделения атомов ТРЗЭ для последующей диффузии по границам зерен требуется достаточно большая энергия активации. В итоге это приводит к необходимости проводить длительные отжиги (8-10 часов), требуемые для наблюдаемого повышения коэрцитивной силы. Во-вторых, вместе с Dy и Tb по границам магнитов диффундируют нежелательные элементы фтор и кислород, образуя оксофториды NdOF. Существенная задача получения высокоэнергоемких магнитов из сплавов Nd-Fe-B сводится к обеспечению в них предельно низкой концентрации кислорода (< 1000 ppm), а появление оксофторидов в результате диффузионного отжига может привести к ухудшению временной стабильности магнитных гистерезисных свойств.The disadvantage of this method is two circumstances associated with the fact that dispersion fluorides and dysprosium and terbium oxides are selected as diffusion sources. Firstly, since the oxides and fluorides of TRZE are stable chemical compounds with a very high melting point, for example, for compounds Dy 2 O 3 , Tb 2 O 3 it is 2400 and 2390 ° C, respectively. In this regard, the decomposition of these compounds in order to separate the TRE atoms for subsequent diffusion along grain boundaries requires a sufficiently large activation energy. In the end, this leads to the need for long-term annealing (8-10 hours), required for the observed increase in coercive force. Secondly, along with Dy and Tb, undesired fluorine and oxygen elements diffuse along the boundaries of the magnets to form NdOF oxofluorides. The essential task of producing high-energy-intensive magnets from Nd-Fe-B alloys is to ensure that they have an extremely low oxygen concentration (<1000 ppm), and the appearance of oxofluorides as a result of diffusion annealing can lead to a deterioration in the temporal stability of magnetic hysteresis properties.
В основу предлагаемого изобретения положена задача повышения коэрцитивной силы постоянных магнитов Nd-Fe-B без снижения значений Br и (ВН)m путем локализации атомов Dy или Tb преимущественно по границам зерен Nd2Fe14B.The basis of the present invention is the task of increasing the coercive force of the permanent magnets of Nd-Fe-B without reducing the values of B r and (BH) m by localizing the Dy or Tb atoms mainly along the grain boundaries of Nd 2 Fe 14 B.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения высокоэнергоемких высококоэрцитивных магнитов из сплавов Nd-Fe-B применяется диффузионный отжиг спеченных магнитов, поверхность которых контактирует с дисперсными порошками материалов - источников диффузии, на основе диспрозия и/или тербия. Согласно изобретению в качестве источников диффузии используют порошки металлического диспрозия или тербия, или порошки гидридов диспрозия и/или тербия, или порошки сплавов на основе интерметаллических соединений RmTn с размером частиц в диапазоне 5-500 мкм и с низкой температурой плавления 500-1200°С, гдеThe problem is solved in that in the method for producing highly energy-intensive high-coercive magnets from Nd-Fe-B alloys, diffusion annealing of sintered magnets is used, the surface of which is in contact with dispersed powders of materials - diffusion sources based on dysprosium and / or terbium. According to the invention, powders of metallic dysprosium or terbium, or powders of hydrides of dysprosium and / or terbium, or powders of alloys based on intermetallic compounds R m T n with a particle size in the range of 5-500 μm and with a low melting point of 500-1200 are used as diffusion sources ° C, where
R - Dy или Tb;R is Dy or Tb;
Т - Со, Fe, Ni, Al, Cu, Ga или их комбинация;T - Co, Fe, Ni, Al, Cu, Ga, or a combination thereof;
m и n - атомные доли R и Т элементов соответственно и m≥n (т.е. содержание Dy или Tb составляет не менее 50 ат.%),m and n are atomic fractions of R and T elements, respectively, and m≥n (i.e., the content of Dy or Tb is at least 50 at.%),
при этом диффузионный отжиг осуществляют в течение 0,5-20 часов при температуре 750-850°С с последующим проведением дополнительного отжига при температуре 550-600°С в течение 0,5-1,0 ч.while diffusion annealing is carried out for 0.5-20 hours at a temperature of 750-850 ° C, followed by additional annealing at a temperature of 550-600 ° C for 0.5-1.0 hours
Задача повышения коэрцитивной силы магнитов в предложенном изобретении, как и в известном способе [Патент США 7488393], решается путем диффузионного отжига магнитов, однако отличается тем, что в качестве источников диффузии в заявляемом техническом решении применены дисперсные порошки чистых металлов Dy и/или Tb, порошки их гидридов Dy(Tb)Hx (х=2.0-2.2), а также порошки сплавов на основе интерметаллических соединений, богатых диспрозием и/или тербием: Dy(Tb)-Co, Dy(Tb)-Cu и Dy(Tb)-Ga, имеющих низкую температуру плавления. Повышение коэрцитивной силы постоянных магнитов Nd-Fe-B без снижения значений Br и (ВН)m осуществляется путем локализации атомов Dy или Tb преимущественно по границам зерен Nd2Fe14B за счет того, что при отжиге зернограничная диффузия атомов с поверхности магнита происходит в сотни тысяч раз быстрее, чем объемная диффузия в тело зерен.The task of increasing the coercive force of the magnets in the proposed invention, as in the known method [US Patent 7488393], is solved by diffusion annealing of the magnets, however, differs in that dispersed pure metal powders Dy and / or Tb are used as diffusion sources in the claimed technical solution, powders of their hydrides Dy (Tb) H x (x = 2.0-2.2), as well as alloy powders based on intermetallic compounds rich in dysprosium and / or terbium: Dy (Tb) -Co, Dy (Tb) -Cu and Dy (Tb ) -Ga having a low melting point. The coercive force of the permanent Nd-Fe-B magnets without decreasing the values of B r and (BH) m is increased by localizing the Dy or Tb atoms mainly along the grain boundaries of Nd 2 Fe 14 B due to the fact that upon annealing, grain-boundary diffusion of atoms from the magnet surface occurs hundreds of thousands of times faster than bulk diffusion into the body of grains.
Водород из гидридов легко удалялся в результате дегидрирования в процессе диффузионного отжига в вакууме, а дополнительное легирование сплавов Nd-Fe-B элементами Cu, Ga, Co, которые входят в состав выбранных соединений, также способствует повышению коррозионной стойкости магнитов, их коэрцитивной силы и температурной стабильности [J.Fidler, Т.Schrefl, Overview of Nd-Fe-B magnets and coercivity, J. Appl. Phys., 79 (1996), pp.5029-5034].Hydrogen from hydrides was easily removed as a result of dehydrogenation during diffusion annealing in vacuum, and additional alloying of Nd-Fe-B alloys with Cu, Ga, and Co elements, which are part of the selected compounds, also contributes to an increase in the corrosion resistance of magnets, their coercive force, and temperature stability [J. Fidler, T. Schrefl, Overview of Nd-Fe-B magnets and coercivity, J. Appl. Phys., 79 (1996), pp. 5029-5034].
Температура диффузионного отжига TDA, а также размер частиц порошков D - это параметры процесса, которые оказывают существенное влияние на изменение свойств магнитов при диффузионном отжиге. Нижняя граница температур диффузионного отжига определяется температурой плавления (около 650°С) обогащенной неодимом эвтектики, локализованной между зернами фазы Nd2Fe14B магнита. Ниже этой температуры заметного эффекта прироста значений Нс магнитов, отожженных в контакте с порошками, содержащими Dy, не обнаружено. Верхняя граница температур диффузионного отжига определялась эффектом спекания и диффузионной сварки порошков с поверхностью магнитов. Температуры плавления материалов, выбранных для приготовления порошков - источников диффузии, приведены в таблице 2 [Диаграммы состояния - Binary alloy phase diagrams. Second edition, 1996]. Температуры плавления богатых диспрозием соединений системы Dy-Al точно не установлены. В системах ТРЗЭ-Т с Т=Со, Cu и Ni имеется достаточно большое число интерметаллических соединений с невысокими температурами плавления. Следует, однако, иметь в виду, что в случае выбора соединений Dy(Tb)-Ni диффузия атомов Ni в тело зерен Nd2Fe14B может привести к значительному снижению Br магнитов. Температуры плавления соединений с тербием, как правило, несколько ниже, чем у соответствующих соединений с диспрозием.The temperature of diffusion annealing T DA , as well as the particle size of powders D, are process parameters that significantly affect the change in the properties of magnets during diffusion annealing. The lower temperature limit of diffusion annealing is determined by the melting temperature (about 650 ° C) of a neodymium-enriched eutectic localized between the grains of the Nd 2 Fe 14 B magnet phase. Below this temperature, a noticeable effect of an increase in H values from magnets annealed in contact with powders containing Dy was not detected. The upper temperature limit of diffusion annealing was determined by the effect of sintering and diffusion welding of powders with the surface of the magnets. The melting points of the materials selected for the preparation of powders - sources of diffusion are given in table 2 [State diagrams - Binary alloy phase diagrams. Second edition, 1996]. The melting points of the dysprosium-rich compounds of the Dy-Al system are not precisely established. In TRZE-T systems with T = Co, Cu, and Ni, there is a fairly large number of intermetallic compounds with low melting points. However, it should be borne in mind that in the case of the choice of Dy (Tb) -Ni compounds, the diffusion of Ni atoms into the body of Nd 2 Fe 14 B grains can lead to a significant decrease in B r magnets. The melting points of compounds with terbium are, as a rule, somewhat lower than the corresponding compounds with dysprosium.
~ 900Dyal
~ 900
~900Dy 3 al 2
~ 900
~900Dy 2 al
~ 900
1050TbAl
1050
950Tb 3 Al 2
950
880Tb 2 Al
880
746Dy 4 co 3
746
765Dy 12 co 7
765
875Dy 3 co
875
605Tb 4 Co 3
605
800Tb 12 Co 7
800
840Tb 3 Co
840
955Dycu
955
900TbCu
900
1280Dyga
1280
1210Dy 5 ga 3
1210
1210TbGa
1210
1130Tb 5 Ga 3
1130
1173Dyni
1173
928Dy 3 ni 2
928
762Dy 3 ni
762
1275Dyfe 2
1275
1187TbFe 2
1187
1409Dy
1409
1157Dyf 3
1157
2400Dy 2 f 3
2400
1356Tb
1356
1177TbF 3
1177
2390Tb 2 O 3
2390
Использование соединений с Tb должно приводить к большему приросту Hc, но вследствие большей стоимости и дефицита этого металла по сравнению с Dy его применение на практике весьма ограничено. Соединения систем Dy(Tb)-Fe и Dy(Tb)-Ga имеют достаточно высокие температуры плавления, причем соединения с Fe имеют стехиометрию (ТРЗЭ)Fe2 с низким содержанием ТРЗЭ, что ограничивает их перспективу для решения поставленной задачи. В нижней строке таблицы для сравнения приведены достаточно высокие значения температур плавления фторидов и оксидов Dy и Tb, использованных в наиболее близком к заявляемому решению.The use of compounds with Tb should lead to a larger increase in H c , but due to the higher cost and deficiency of this metal compared to Dy, its use in practice is very limited. Compounds of the Dy (Tb) -Fe and Dy (Tb) -Ga systems have fairly high melting points, and compounds with Fe have stoichiometry (TRZE) of Fe 2 with a low content of TRZE, which limits their prospects for solving this problem. For comparison, the lower row of the table shows rather high melting points of fluorides and oxides Dy and Tb used in the solution closest to the claimed one.
На фиг.1 показана зависимость µoMm, Br и Hc тонких пластинок Nd-Fe-B, запрессованных в порошки Dy, DyCu, DyGa, Dy3Co и DyHx, от времени диффузионного отжига tDA при 750°С;Figure 1 shows the dependence of μ o M m , B r and H c of thin Nd-Fe-B plates pressed into Dy, DyCu, DyGa, Dy 3 Co and DyH x powders on diffusion annealing time t DA at 750 ° С ;
на фиг.2 показана микроструктура магнита, отожженного при 750°С, 10 ч в контакте с порошком DyHx (а), и изменение концентрации Fe, Nd и Dy от поверхности пластинки к ее центру, определенной на выделенных прямоугольных участках шлифа (б);figure 2 shows the microstructure of a magnet annealed at 750 ° C for 10 hours in contact with DyH x powder (a), and the change in the concentration of Fe, Nd and Dy from the surface of the plate to its center, defined in the selected rectangular sections of the thin section (b) ;
на фиг.3 показано изменение концентрации Fe, Nd и Dy по радиусу зерен, расположенных на расстояниях 40 (а), 80 (б) и 130 мкм (в) от поверхности магнита, отожженного при 750°С, 10 ч в контакте с порошком DyHx, и микроструктура магнита на глубине 130 мкм от поверхности (г);figure 3 shows the change in the concentration of Fe, Nd and Dy along the radius of grains located at distances of 40 (a), 80 (b) and 130 μm (c) from the surface of the magnet annealed at 750 ° C for 10 hours in contact with the powder DyH x , and the microstructure of the magnet at a depth of 130 μm from the surface (g);
на фиг.4 показаны кривые размагничивания пластинчатых образцов Nd-Fe-B, отожженных в свободном состоянии (а) и в контакте с порошком Dy3Co (б): исходное состояние (кривая 1), после отжига при 750°С, 2 ч (кривая 2) и после дополнительной низкотемпературной обработки - 550°С, 0.5 ч (кривая 3);figure 4 shows the demagnetization curves of plate samples of Nd-Fe-B, annealed in a free state (a) and in contact with Dy 3 Co powder (b): initial state (curve 1), after annealing at 750 ° C, 2 h (curve 2) and after additional low-temperature treatment — 550 ° С, 0.5 h (curve 3);
на фиг.5 показаны кривые размагничивания магнита, отожженного в контакте с порошком Dy3Co при 850°С в течение 20 ч (а), и зависимость Hc от температуры дополнительного отжига TA вырезанного из него цилиндра диаметром 9.5 мм (б).figure 5 shows the demagnetization curves of a magnet annealed in contact with Dy 3 Co powder at 850 ° C for 20 h (a), and the dependence of H c on the temperature of additional annealing T A of a cylinder cut from it with a diameter of 9.5 mm (b).
Заявленный способ осуществляют следующим образом. Спеченные магниты были приготовлены из сплава 31.2 вес.% Nd - 1 вес.% В - ост. Fe, используя ранее описанную технологию [А.Г.Попов, Н.В.Кудреватых, В.П.Вяткин, Д.Ю.Василенко, Д.Ю.Братушев, Т.З.Пузанова, B.C.Гавико, А.В.Огурцов. Опыт получения высококачественных магнитов из сплавов типа Nd-Fe-B, приготовленных по методу strip casting // Перспективные материалы, специальный выпуск (6), 2008, с.348-353; А.Г.Попов, Н.В.Кудреватых, В.П.Вяткин, Д.Ю.Василенко, Д.Ю.Братушев, Т.З.Пузанова, Е.Г.Герасимов. Получение высокоэнергоемких постоянных магнитов из пластинчатых сплавов Nd-Fe-B // ФММ, 2010, том 109, №3, с.257-266]. Из заготовок спеченных магнитов электроискровым методом были вырезаны образцы либо в форме тонких пластинок размером 4×4×1-3 мм3, либо в форме цилиндров диаметром 9-20 мм и высотой 3-6 мм. Сплавы, используемые для диффузионных отжигов - DyCu, DyGa, Dy5Ga3 Tb5Ga3 и Dy3Co, были приготовлены индукционной плавкой, а гидриды DyHx и TbHx - обработкой чистых металлов диспрозия и тербия в атмосфере водорода при давлении 3 бар и температуре 500°С. Порошки этих материалов получали измельчением в ступке или в вибрационной мельнице до среднего размера частиц D в диапазоне от 3 до 500 мкм. После шлифовки поверхности спеченных магнитов Nd-Fe-B их помещали в матрицу и засыпали со всех сторон порошками, содержащими Dy и/или Tb, и затем запрессовывали в эти порошки при давлении около 2 кбар. В результате спеченный магнит был покрыт слоем спрессованного порошка толщиной около 1 мм. Приготовленные таким способом образцы отжигали в вакууме при 750-850°С в течение 0.5-20 часов с последующим низкотемпературным отжигом при 550°С в течение 0.5 часа. После удаления порошковой оболочки магнитные свойства пластинок были измерены, используя вибрационный магнитометр, а цилиндрических магнитов - в замкнутой магнитной цепи установки Permagraph. Наблюдения микроструктуры и определение распределения концентрации элементов в магнитах были выполнены на сканирующих электронных микроскопах TSCAN VEGA 2LMH и QUANTA-200 с микроанализаторами.The claimed method is as follows. Sintered magnets were prepared from an alloy of 31.2 wt.% Nd - 1 wt.% B - ost. Fe, using the previously described technology [A.G. Popov, N.V. Kudrevatykh, V.P. Vyatkin, D.Yu. Vasilenko, D.Yu. Bratushev, TZPuzanova, BCGaviko, A.V. Ogurtsov . The experience of obtaining high-quality magnets from Nd-Fe-B alloys prepared by the strip casting method // Promising Materials, Special Issue (6), 2008, pp. 348-353; A.G. Popov, N.V. Kudrevatykh, V.P. Vyatkin, D.Yu. Vasilyenko, D.Yu. Bratushev, T.Z. Puzanova, E.G. Gerasimov. Obtaining high energy-intensive permanent magnets from plate alloys Nd-Fe-B // FMM, 2010, Volume 109, No. 3, p.257-266]. Samples were either cut from sintered magnet blanks by the electrospark method either in the form of
Влияние температуры диффузионного отжига и размера частиц порошков на свойства спеченных магнитов в форме пластинок толщиной 2 мм показано в таблице 3. The effect of diffusion annealing temperature and particle size of the powders on the properties of sintered magnets in the form of plates with a thickness of 2 mm is shown in table 3.
С увеличением температуры и времени диффузионного отжига возрастают значения Нс и несколько снижаются значения Br. Коэрцитивная сила пластинок магнитов Nd-Fe-B, запрессованных в порошки DyHx, Dy3Co, DyGa, Dy5Ga3 и TbHx, Tb5Ga3, после диффузионного отжига при 750-800°С в течение 0.5-2 ч и дополнительного отжига при 550°С повышается на 320-680 и 400-760 кА/м соответственно без существенного снижения Br. Наименьший прирост Нс происходит при диффузионном отжиге с порошком DyCu.With increasing temperature and diffusion annealing time, the values of H s increase and the values of R r decrease slightly. Coercive force of Nd-Fe-B magnet plates pressed into DyH x , Dy 3 Co, DyGa, Dy 5 Ga 3 and TbH x , Tb 5 Ga 3 powders after diffusion annealing at 750-800 ° С for 0.5-2 h and additional annealing at 550 ° C increases by 320-680 and 400-760 kA / m, respectively, without a significant decrease in B r . The smallest increase in H s occurs upon diffusion annealing with DyCu powder.
Степень прироста Hc зависит от размера частиц порошков. Порошки из хрупких материалов DyHx, TbHx, By3Co, DyGa, Dy5Ga3 и Tb5Ga3 легко получаются в дисперсном состоянии. Уменьшение размера частиц порошка DyGa от 40 до 9 мкм эффективно повышает значения Hc, однако, коэрцитивная сила снижается, если D уменьшается до 4.9 мкм.The degree of increase in H c depends on the particle size of the powders. Powders from brittle materials DyH x , TbH x , By 3 Co, DyGa, Dy 5 Ga 3 and Tb 5 Ga 3 are readily obtained in the dispersed state. A decrease in the particle size of the DyGa powder from 40 to 9 μm effectively increases the values of H c , however, the coercive force decreases if D decreases to 4.9 μm.
Получить порошки с малым размером частиц из пластичного Dy и механически прочного литого сплава DyCu не удалось. В результате отжига в контакте с порошком последнего материала прирост коэрцитивной силы не превысил 240-320 кА/м. Кроме того, вследствие образования легкоплавкой эвтектики в межзеренном пространстве магнитов порошок DyCu спекался с пластинкой магнита при температурах отжига более 800°С, и это ограничивает проведение диффузионных отжигов при более высоких температурах. Удалению оболочки из контактного материала после диффузионного отжига способствовало явление аномальной температурной зависимости коэффициента термического расширения магнитов Nd-Fe-B в области точки Кюри фазы Nd2Fe14B [А.В.Андреев, А.В.Дерягин, С.М.Задворкин, С.В.Терентьев. Тепловое расширение и магнитострикция соединений R2Fe14В (R=Y, Nd, Sm) // ФТТ, 1985, т.7. №6. С.1641-1645]. Поскольку оболочки из парамагнитных контактных материалов не имеют такой аномалии КТР, то на границе раздела между поверхностью магнита и спекшимся порошком появлялась трещина, которая позволяла достаточно просто удалять оболочку. При повышенных температурах в случаях особенно прочной сварки с магнитом приходилось применять сошлифовку или электроискровую резку оболочки.It was not possible to obtain powders with a small particle size from ductile Dy and mechanically durable cast alloy DyCu. As a result of annealing in contact with the powder of the latter material, the increase in coercive force did not exceed 240-320 kA / m. In addition, due to the formation of a fusible eutectic in the intergrain space of the magnets, DyCu powder was sintered with the magnet plate at annealing temperatures of more than 800 ° C, and this limits the diffusion annealing at higher temperatures. The abnormal temperature dependence of the coefficient of thermal expansion of Nd-Fe-B magnets in the region of the Curie point of the Nd 2 Fe 14 B phase contributed to the removal of the shell from the contact material after diffusion annealing [A.V. Andreev, A.V. Deryagin, S.M. Zadvorkin , S.V. Terentyev. Thermal expansion and magnetostriction of R 2 Fe 14 V compounds (R = Y, Nd, Sm) // FTT, 1985, v. 7. No. 6. S.1641-1645]. Since the shells made of paramagnetic contact materials do not have such a KTP anomaly, a crack appeared at the interface between the magnet surface and the sintered powder, which made it easy to remove the shell. At elevated temperatures, in cases of particularly strong welding with a magnet, it was necessary to use grinding or electric spark cutting of the shell.
Зависимость свойства пластинок магнитов Nd-Fe-B, запрессованных в порошки различного состава, от времени диффузионного отжига tDA при 750°С показана на фиг.1. Свойства приведены после дополнительной термообработки при 550°С, 0.5 ч. Качественно одинаковые зависимости Hc, Br и максимальной намагниченности µoMm, измеренной в поле напряженностью 1.2 МА/м, от tDA получены для всех диффузионных контактов. Коэрцитивная сила резко возрастает при tDA≤1 ч, а затем монотонно и практически линейно увеличивается со скоростью около 1.6 кА/м*ч. Наименьший прирост Hc обеспечивает контакт с порошком Dy. Это связано с тем, что использовался крупнозернистый порошок металлического Dy (D≤500 мкм). Наиболее высокие значения Hc достигнуты в магнитах, запрессованных в порошки Dy3Co и DyHx. Значения µoMm также слабо изменяются при tDA≤1 ч, а затем линейно уменьшаются со скоростью примерно 9 мТл/ч. Это связано с тем, что на начальных стадиях отжига диффузия атомов диспрозия происходит преимущественно в межзеренной обогащенной неодимом фазе. При tDA≥1 ч диффузия Dy внутрь зерен Nd2Fe14B является причиной монотонного снижения µoMm.The dependence of the properties of the plates of Nd-Fe-B magnets pressed into powders of various compositions on the diffusion annealing time t DA at 750 ° C is shown in Fig. 1. The properties are shown after additional heat treatment at 550 ° C for 0.5 h. Qualitatively identical dependences of H c , B r and maximum magnetization µ o M m , measured in a field of 1.2 MA / m in strength, on t DA are obtained for all diffusion contacts. The coercive force increases sharply at t DA ≤1 h, and then monotonically and almost linearly increases at a speed of about 1.6 kA / m * h. The smallest increase in H c provides contact with Dy powder. This is due to the fact that a coarse powder of metallic Dy (D≤500 μm) was used. The highest values of H c were achieved in magnets pressed into Dy 3 Co and DyH x powders. The values of μ o M m also change slightly at t DA ≤1 h, and then linearly decrease at a rate of about 9 mT / h. This is due to the fact that at the initial stages of annealing, the diffusion of dysprosium atoms occurs mainly in the intergranular enriched neodymium phase. At t DA ≥1 h, the diffusion of Dy into Nd 2 Fe 14 B grains causes a monotonic decrease in µ o M m .
Подтверждение в пользу такой последовательности протекания диффузионных процессов получено путем исследования микроструктуры и определения распределения концентрации элементов в магнитах, выполненных с помощью сканирующего электронного микроскопа. На фиг.2а показана микроструктура магнита, отожженного при 750°С, 10 ч в контакте с порошком DyHx после травления ниталем. Шлиф приготовлен на сечении, перпендикулярном плоскости пластинки. Левый край шлифа соответствует поверхности контакта магнита с порошком. На участках шлифа, выделенных прямоугольниками, была измерена концентрация Fe, Nd и Dy. Изменение концентрации элементов от поверхности магнита к его центру представлено на фиг.2б. Эти результаты относятся преимущественно к содержанию элементов в зернах, поскольку их объем существенно превосходит объем межзеренной фазы, обогащенной Nd и Dy. В слое толщиной 250 мкм от поверхности пластинки магнита концентрация Dy, замещающего Nd, линейно убывает от 10 вес.% до нуля. Таким образом, после диффузионного отжига при 750°С в течение 10 ч присутствие диспрозия в зернах, уменьшающее остаточную индукцию, обнаруживается только в поверхностном слое магнита, не превышающем 250 мкм.Confirmation in favor of such a sequence of diffusion processes is obtained by studying the microstructure and determining the distribution of the concentration of elements in magnets, performed using a scanning electron microscope. Figure 2a shows the microstructure of a magnet annealed at 750 ° C for 10 hours in contact with DyH x powder after etching with nital. A section is prepared at a section perpendicular to the plane of the plate. The left edge of the thin section corresponds to the contact surface of the magnet with the powder. In sections of the thin section marked by rectangles, the concentration of Fe, Nd, and Dy was measured. The change in the concentration of elements from the surface of the magnet to its center is shown in Fig.2b. These results relate mainly to the content of elements in grains, since their volume significantly exceeds the volume of the intergranular phase enriched in Nd and Dy. In a
Для получения представления о диффузии Dy непосредственно в тело зерен проводили измерение концентрации Fe, Nd и Dy вдоль радиуса зерен, расположенных на расстояниях 40, 80 и 130 мкм от поверхности этого магнита. Результаты измерения показаны на фиг.3. В зерне, находящемся на расстоянии 40 мкм от поверхности магнита, концентрация Dy постоянна (около 10 вес.%) вплоть до центра зерна. В зерне, расположенном на расстоянии 80 мкм, выявляется диффузионная зона шириной около 2.5 мкм, в которой концентрация Dy уменьшается от 10 вес.% на поверхности зерна до нуля. В зерне на глубине 130 мкм, показанном на фиг.3г, присутствует оболочка, содержащая не более 8 вес.% Dy и имеющая толщину около 1 мкм. На глубине, большей чем 250 мкм, Dy в зернах не обнаружен, и он может присутствовать только в межзеренной фазе, обогащенной Nd, приводя к повышению Нс магнита без снижения Br. To obtain an idea of the diffusion of Dy directly into the grain body, we measured the concentration of Fe, Nd, and Dy along the radius of grains located at distances of 40, 80, and 130 μm from the surface of this magnet. The measurement results are shown in figure 3. In a grain located at a distance of 40 μm from the surface of the magnet, the concentration of Dy is constant (about 10 wt.%) Up to the center of the grain. In a grain located at a distance of 80 μm, a diffusion zone about 2.5 μm wide is revealed, in which the concentration of Dy decreases from 10 wt.% On the grain surface to zero. In the grain at a depth of 130 μm, shown in Fig.3g, there is a shell containing not more than 8 wt.% Dy and having a thickness of about 1 μm. At a depth greater than 250 μm, Dy was not found in grains, and it can be present only in the intergranular phase enriched in Nd, leading to an increase in H from the magnet without a decrease in B r .
Пример конкретного выполнения 1
Диффузионный отжиг тонких пластинок. На фиг.4 сравниваются кривые размагничивания двух пластинчатых образцов, отожженных по однотипному режиму в свободном состоянии без диффузионного контакта (а) и в контакте с порошком Dy3Co (б). Кривые размагничивания пластинок измеряли в исходном состоянии (кривая 1), после отжига при 750°С, 2 ч (кривая 2) и после дополнительной низкотемпературной обработки - 550°С, 0.5 ч (кривая 3). Отжиг свободного образца при 750°С уменьшает его коэрцитивную силу примерно в два раза. Дополнительный отжиг при 550°С, 0.5 ч восстанавливает Hc, но при этом ухудшается прямоугольность кривой размагничивания. Диффузионный отжиг магнита Nd-Fe-B в контакте с порошком Dy3Co увеличивает Hc, которая после дополнительной низкотемпературной обработки возрастает до 1160 кА/м. Остаточная индукция Br при этом понижается на 7%, а кривая размагничивания сохраняет хорошую прямоугольность, что свидетельствует об однородной магнитной твердости по всему объему магнита.Diffusion annealing of thin plates. Figure 4 compares the demagnetization curves of two plate samples annealed in the same mode in a free state without diffusion contact (a) and in contact with Dy 3 Co powder (b). The demagnetization curves of the plates were measured in the initial state (curve 1), after annealing at 750 ° С, 2 h (curve 2), and after additional low-temperature treatment — 550 ° С, 0.5 h (curve 3). Annealing a free sample at 750 ° C reduces its coercive force by about a factor of two. Additional annealing at 550 ° C for 0.5 h restores H c , but the squareness of the demagnetization curve worsens. Diffusion annealing of the Nd-Fe-B magnet in contact with Dy 3 Co powder increases H c , which, after additional low-temperature treatment, increases to 1160 kA / m. In this case, the residual induction B r decreases by 7%, and the demagnetization curve maintains good rectangularity, which indicates homogeneous magnetic hardness over the entire volume of the magnet.
Пример конкретного выполнения 2
Диффузионный отжиг цилиндрических магнитов. Цилиндрические магниты диаметром 12 мм и высотой h=3, 4 и 6 мм отжигали при 750°С в течение 2 и 10 ч, а магнит диаметром 20 мм и высотой 5.5 мм отжигали при 850°С в течение 20 ч. В обоих случаях в качестве контактного материала использовался порошок Dy3Co. Гистерезисные характеристики магнитов в исходном состоянии и после отжигов приведены в таблице 4. Остаточная индукция магнитов диаметром 12 мм снижается не более чем на 3.5 и 6.5%, а значения Hc возрастают более чем на 40 и 64% соответственно для образцов, отожженных в течение 2 и 10 ч при 750°С.Diffusion annealing of cylindrical magnets. Cylindrical magnets with a diameter of 12 mm and a height of h = 3, 4 and 6 mm were annealed at 750 ° C for 2 and 10 hours, and a magnet with a diameter of 20 mm and a height of 5.5 mm was annealed at 850 ° C for 20 hours. In both cases, Dy 3 Co. powder was used as a contact material The hysteretic characteristics of the magnets in the initial state and after annealing are shown in Table 4. The residual induction of magnets with a diameter of 12 mm decreases by no more than 3.5 and 6.5%, and the values of H c increase by more than 40 and 64%, respectively, for samples annealed for 2 and 10 hours at 750 ° C.
Кривые размагничивания магнита диаметром 20 мм и высотой 6 мм до и после диффузионного отжига при 850°С в течение 20 ч и дополнительного отжига при 600°С, 1 ч показаны на фиг.5а. После отжигов магнит имел следующие характеристики: Br=1.22 Тл, Hc=704 кА/м и (ВН)m=257 кДж/м3. Методом рентгеноспектрального микроанализа было установлено, что толщина поверхностного слоя L, в котором Dy обнаруживается в объеме зерен Nd2Fe14B, составляет около 650 мкм, а качественный вид зависимостей распределения концентрации диспрозия вдоль радиуса зерен, расположенных на расстояниях 200, 440 и 650, хорошо согласуется с результатами, представленными на фиг.3 для пластинчатого магнита.The demagnetization curves of a magnet with a diameter of 20 mm and a height of 6 mm before and after diffusion annealing at 850 ° С for 20 h and additional annealing at 600 ° С, 1 h are shown in Fig. 5a. After annealing, the magnet had the following characteristics: B r = 1.22 T, H c = 704 kA / m and (HV) m = 257 kJ / m 3 . Using the method of X-ray microanalysis, it was found that the thickness of the surface layer L, in which Dy is found in the volume of Nd 2 Fe 14 B grains, is about 650 μm, and the qualitative form of the dependences of the distribution of dysprosium concentration along the radius of grains located at distances of 200, 440, and 650 well consistent with the results presented in figure 3 for a plate magnet.
Для того чтобы получить представление о влиянии диффузионного отжига на свойства объемов, удаленных от поверхности, из магнита диаметром 20 мм и высотой 5.5 мм на расстоянии 3 мм от боковой поверхности был вырезан цилиндр с диаметром 9.5 мм и исходной высотой. Только поверхностные слои с торцов этого магнита должны оказывать влияние на снижение его Br. Зависимость Hc от температуры дополнительного отжига TA этого образца показана на фиг.5б. Коэрцитивная сила магнита повышается при последовательном понижении температуры отжига, достигая максимума при TA=550°С. Кривые размагничивания непосредственно после вырезки (кривая 3) и в состоянии с максимальной коэрцитивной силой (кривая 4) сравниваются с кривыми размагничивания исходного магнита на фиг.5 а, а параметры кривых размагничивания представлены в последней строчке таблицы 4. Прирост Hc магнита по отношению к исходному состоянию составил 116.2%, что конечно не может быть объяснено влиянием только поверхностных слоев на торцах, объемная доля которых составляет только около 20%. Следовательно, диффузия диспрозия по границам зерен магнитов большого объема также распространяется на глубину, значительно превышающую толщину поверхностного слоя L≈650 мкм.In order to get an idea of the effect of diffusion annealing on the properties of volumes remote from the surface, a cylinder with a diameter of 9.5 mm and an initial height was cut from a magnet with a diameter of 20 mm and a height of 5.5 mm at a distance of 3 mm from the side surface. Only the surface layers from the ends of this magnet should influence the decrease in its B r . The dependence of H c on the temperature of the additional annealing T A of this sample is shown in Fig.5b. The coercive force of the magnet increases with a sequential decrease in the annealing temperature, reaching a maximum at T A = 550 ° C. The demagnetization curves immediately after cutting (curve 3) and in the state with the maximum coercive force (curve 4) are compared with the demagnetization curves of the original magnet in Fig. 5a, and the parameters of the demagnetization curves are presented in the last row of table 4. The increase in H c of the magnet with respect to the initial state was 116.2%, which of course cannot be explained by the influence of only surface layers at the ends, the volume fraction of which is only about 20%. Consequently, the diffusion of dysprosium along the grain boundaries of large-volume magnets also extends to a depth far exceeding the thickness of the surface layer L≈650 μm.
Claims (1)
где R - Dy или Тb;
Т - Со, Fe, Ni, Al, Cu, Ga или их комбинация;
m и n - атомные доли R и Т элементов соответственно и m≥n,
при этом диффузионный отжиг осуществляют в течение 0,5-20 ч при температуре 750-850°С с последующим проведением дополнительного отжига при температуре 350-600°С в течение 0,5-1,0 ч. A method for producing highly energy-intensive highly coercive magnets from Nd-Fe-B alloys by diffusion annealing of sintered magnets, the surface of which is in contact with dispersed powders of materials - diffusion sources, based on dysprosium and / or terbium, characterized in that dispersed metal dysprosium is used as diffusion sources or terbium, dysprosium or hydrides and / or terbium, or alloy powders based on intermetallic compounds R m T n having a particle size in the range 5-500 microns and having a melting point 500-1200 ° C,
where R is Dy or Tb;
T - Co, Fe, Ni, Al, Cu, Ga, or a combination thereof;
m and n are atomic fractions of R and T elements, respectively, and m≥n,
while diffusion annealing is carried out for 0.5-20 hours at a temperature of 750-850 ° C, followed by additional annealing at a temperature of 350-600 ° C for 0.5-1.0 hours
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123182/07A RU2476947C2 (en) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123182/07A RU2476947C2 (en) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011123182A RU2011123182A (en) | 2012-12-20 |
RU2476947C2 true RU2476947C2 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=49121672
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011123182/07A RU2476947C2 (en) | 2011-06-08 | 2011-06-08 | METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2476947C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016204651A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | ОГАНОВ, Артур Романович | Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2 |
WO2018048323A1 (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | ОГАНОВ, Артур Романович | Magnetic material based on w-mn-b |
RU2704989C2 (en) * | 2015-03-31 | 2019-11-01 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Sintered r-fe-b magnet and method for production thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113451036B (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-25 | 宁波科田磁业有限公司 | High-coercivity and high-resistivity neodymium-iron-boron permanent magnet and preparation method thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005175138A (en) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Japan Science & Technology Agency | Heat-resistant rare earth magnet and method for producing the same |
JP2006303433A (en) * | 2005-03-23 | 2006-11-02 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Rare earth permanent magnet |
JP2010103346A (en) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Daido Steel Co Ltd | Magnet for ipm type concentrated winding motor and method of manufacturing the same, and ipm type concentrated winding motor using the magnet |
RU2009114155A (en) * | 2006-09-15 | 2010-10-20 | Интерметалликс Ко., Лтд. (Jp) | METHOD FOR PRODUCING SINTERED NdFeB MAGNET |
US20110090032A1 (en) * | 2007-03-16 | 2011-04-21 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Rare earth permanent magnet and its preparation |
-
2011
- 2011-06-08 RU RU2011123182/07A patent/RU2476947C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005175138A (en) * | 2003-12-10 | 2005-06-30 | Japan Science & Technology Agency | Heat-resistant rare earth magnet and method for producing the same |
JP2006303433A (en) * | 2005-03-23 | 2006-11-02 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Rare earth permanent magnet |
RU2009114155A (en) * | 2006-09-15 | 2010-10-20 | Интерметалликс Ко., Лтд. (Jp) | METHOD FOR PRODUCING SINTERED NdFeB MAGNET |
US20110090032A1 (en) * | 2007-03-16 | 2011-04-21 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Rare earth permanent magnet and its preparation |
JP2010103346A (en) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Daido Steel Co Ltd | Magnet for ipm type concentrated winding motor and method of manufacturing the same, and ipm type concentrated winding motor using the magnet |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2704989C2 (en) * | 2015-03-31 | 2019-11-01 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Sintered r-fe-b magnet and method for production thereof |
WO2016204651A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | ОГАНОВ, Артур Романович | Magnetic material based on a crystalline form of wmnb2 |
WO2018048323A1 (en) * | 2016-09-12 | 2018-03-15 | ОГАНОВ, Артур Романович | Magnetic material based on w-mn-b |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011123182A (en) | 2012-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2377680C2 (en) | Rare-earth permanaent magnet | |
JP7588618B2 (en) | RTB series permanent magnet | |
KR101855530B1 (en) | Rare earth permanent magnet and their preparation | |
RU2389098C2 (en) | Functional-gradient rare-earth permanent magnet | |
CN1898757B (en) | Method for producing rare earth permanent magnet material | |
EP1970924B1 (en) | Rare earth permanent magnets and their preparation | |
RU2377681C2 (en) | Rare-earth constant magnet | |
EP2590181B1 (en) | Process of manufacturing an r-t-b based rare earth permanent magnet | |
US20150187494A1 (en) | Process for preparing rare earth magnets | |
JP6488976B2 (en) | R-T-B sintered magnet | |
JP6202722B2 (en) | R-T-B Rare Earth Sintered Magnet, R-T-B Rare Earth Sintered Magnet Manufacturing Method | |
KR101338663B1 (en) | Sintered neodymium magnet and manufacturing method therefor | |
CN109935432B (en) | R-T-B permanent magnet | |
JP2005011973A (en) | Rare earth-iron-boron magnet and method for producing the same | |
JP5348124B2 (en) | Method for producing R-Fe-B rare earth sintered magnet and rare earth sintered magnet produced by the method | |
CN108154988B (en) | R-T-B permanent magnet | |
WO2012099188A1 (en) | R-t-b sintered magnet | |
JP2018093202A (en) | R-t-b based permanent magnet | |
KR101485281B1 (en) | Sintered neodymium magnet | |
JP5209349B2 (en) | Manufacturing method of NdFeB sintered magnet | |
JP5643355B2 (en) | Manufacturing method of NdFeB sintered magnet | |
RU2476947C2 (en) | METHOD FOR OBTAINING HIGH-COERCIVITY MAGNETS FROM ALLOYS ON BASIS OF Nd-Fe-B | |
JP2020155634A (en) | R-t-b based permanent magnet | |
Popov et al. | Effect of diffusion annealing on the hysteretic properties of sintered Nd-Fe-B magnets | |
JP6645306B2 (en) | RTB based sintered magnet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150609 |