RU2596563C1 - Method for production of hard-magnetic material - Google Patents
Method for production of hard-magnetic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2596563C1 RU2596563C1 RU2015115290/02A RU2015115290A RU2596563C1 RU 2596563 C1 RU2596563 C1 RU 2596563C1 RU 2015115290/02 A RU2015115290/02 A RU 2015115290/02A RU 2015115290 A RU2015115290 A RU 2015115290A RU 2596563 C1 RU2596563 C1 RU 2596563C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- rare
- earth metal
- melting
- boron
- Prior art date
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 26
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 4
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 32
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N boron;iron Chemical compound [Fe]#B ZDVYABSQRRRIOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910020674 Co—B Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 29
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical group [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению магнитотвердого материала на основе системы редкоземельный металл-железо-кобальт-бор (РЗМ-Fe-Co-B), который может быть использован для изготовления магнитов.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of hard magnetic material based on the rare-earth metal-iron-cobalt-boron (REM-Fe-Co-B) system, which can be used for the manufacture of magnets.
Для создания навигационных приборов (гироскопов, акселерометров и т.д.) применяют магниты из магнитотвердых материалов. Возможности совершенствования этих материалов по основному показателю - температурному коэффициенту индукции (ТКИ) исчерпаны. Комплексная система легирования магнитотвердых материалов позволяет управлять величиной Br от Т в более широких пределах в отличии от соединения Silicon. Получение необходимого состава магнитотвердого материала системы РЗМ-Fe-Co-B возможно с применением технологии выплавки исходного материала, которая бы обеспечила необходимую полноту усвоения в расплаве РЗМ при узких интервалах легирования по остальным элементам (Со, Fe, В). Получение магнитотвердого материала системы РЗМ-Fe-Co-B с заданным составом осложняется за счет многокомпонентной системы легирования этого материала и значительного содержания РЗМ (свыше 30% масс.), которые являются активными и обладают высоким химическим сродством к кислороду. На стабильность магнитных свойств материалов системы РЗМ-Fe-Co-B оказывает сильное влияние чистота полученного сплава по примесям, например, алюминий уменьшает намагниченность основной фазы и главное ее температурный коэффициент индукции, а кислород снижает коэрцитивную силу и остаточную индукцию (Burzo Е., Plugaru N. Magnetic properties of R2 Fe14-x Cux В compounds with R=Nd or Er // J. of Magn. and Magn. Mater. 1990. V. 86. P. 97-101; Hirosawa S., Hanaki A., Tomizawa H., Hamamura A. Current status of Nd-Fe-B permanent magnet materials // Physica B. 1990. V. 164. P. 117-123; Пискорский В.П. Термостабильные магнитотвердые материалы на основе редкоземельных интерметаллидов с тетрагональной структурой. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. 2013. с 157-158), поэтому для получения данного магнитотвердого материала необходима технология, позволяющая достигать минимального содержания примесей.To create navigation devices (gyroscopes, accelerometers, etc.), magnets made of hard magnetic materials are used. The possibilities of improving these materials in the main indicator - the temperature coefficient of induction (TCI) have been exhausted. An integrated system of alloying magnetically hard materials allows you to control the value of Br from T over a wider range, unlike the Silicon compound. Obtaining the required composition of the hard magnetic material of the REM-Fe-Co-B system is possible using the technology of smelting the starting material, which would provide the necessary completeness of assimilation in the REM melt at narrow doping intervals for the remaining elements (Co, Fe, B). Obtaining a hard magnetic material of the REM-Fe-Co-B system with a given composition is complicated by the multicomponent alloying system of this material and the significant REM content (over 30% by mass), which are active and have a high chemical affinity for oxygen. The stability of the magnetic properties of materials of the REM-Fe-Co-B system is strongly influenced by the impurity of the alloy obtained, for example, aluminum reduces the magnetization of the main phase and, most importantly, its temperature coefficient of induction, and oxygen reduces the coercive force and residual induction (Burzo E., Plugaru N. Magnetic properties of R2 Fe14-x Cux B compounds with R = Nd or Er // J. of Magn. And Magn. Mater. 1990. V. 86. P. 97-101; Hirosawa S., Hanaki A., Tomizawa H., Hamamura A. Current status of Nd-Fe-B permanent magnet materials // Physica B. 1990. V. 164. P. 117-123; Piskorsky V.P. Thermostable magnetically hard materials based on rare-earth inte metalloids with tetragonal structure. Thesis for the degree of Doctor of Science. 157-158, 2013. c) so to obtain a given magnetic material need technology allowing to reach the minimum content of impurities.
Из уровня техники известен металлотермический способ получения сплава на основе переходного и редкоземельных элементов (Патент RU 2210607 C1, С22С 28/00; опубл. 20.08.2003). Способ заключается в формировании верхнего слоя шихты из оксида переходного элемента и восстановителя, преимущественно алюминия, нижнего слоя - из редкоземельных элементов, послойной загрузке шихты в реакционный объем, изолировании верхнего слоя шихты от нижнего слоя. При этом металлотермическое восстановление и расслоение металлической и шлаковой фаз осуществляют только в верхнем слое шихты, после расслоения фаз частично нарушают изоляцию между верхним и нижним слоями, причем шлаковую фазу отделяют до взаимодействия металлической фазы с редкоземельными элементами и кристаллизации сплава. В качестве редкоземельных элементов используют церий, лантан, неодим, празеодим или их сплав. Верхний слой шихты может дополнительно содержать переходной элемент, в качестве которого используют железо, никель, кобальт, а нижний слой - легирующую добавку в виде кальция, алюминия, кремния, меди, бора. Недостатком известного способа является то, что поскольку в качестве восстановителя применяется алюминий, в полученном сплаве он будет присутствовать в качестве примеси, что не допускается для сплавов системы РЗМ-Fe-Co-B. Также авторами патента не приводятся результаты газового анализа полученных сплавов, но при использовании данного способа существует возможность загрязнения кислородом. Кроме того, в данном способе не предусмотрено интенсивное перемешивание расплава, как при индукционной выплавке, что может привести к неравномерному распределению легирующих элементов в полученном слитке.The prior art metallothermic method for producing an alloy based on transition and rare-earth elements (Patent RU 2210607 C1, C22C 28/00; publ. 08/20/2003). The method consists in forming the upper layer of the mixture from the oxide of the transition element and the reducing agent, mainly aluminum, the lower layer from rare earth elements, layer-by-layer loading of the mixture into the reaction volume, isolating the upper layer of the mixture from the lower layer. In this case, the metallothermal reduction and separation of the metal and slag phases is carried out only in the upper layer of the mixture, after phase separation, the insulation between the upper and lower layers is partially violated, and the slag phase is separated before the interaction of the metal phase with rare-earth elements and crystallization of the alloy. As rare earth elements, cerium, lanthanum, neodymium, praseodymium or their alloy are used. The upper layer of the charge may additionally contain a transition element, which is used as iron, nickel, cobalt, and the lower layer is a dopant in the form of calcium, aluminum, silicon, copper, boron. The disadvantage of this method is that since aluminum is used as a reducing agent, it will be present as an impurity in the obtained alloy, which is not allowed for alloys of the REM-Fe-Co-B system. Also, the authors of the patent do not provide the results of a gas analysis of the obtained alloys, but when using this method, there is the possibility of oxygen pollution. In addition, this method does not provide for intensive mixing of the melt, as in induction smelting, which can lead to an uneven distribution of alloying elements in the obtained ingot.
Из уровня техники известен способ выплавки магнитных сплавов, содержащих железо, кобальт, никель, алюминий, медь и др. в индукционной печи (Патент SU 1671720 A1, С22С 1/02; опубл. 23.06.91). Способ заключается в расплавлении завалки, состоящей из ферросплава, содержащего Со и Ni, добавлении оставшейся части Fe, Со, Ni, раскислении расплава и введении легкоплавких компонентов (Al, Cu, FeS). Недостатком известного способа является то, что он не подходит для выплавки сплавов, содержащих редкоземельные элементы. Сплав, содержащий значительное количество РЗМ, выплавленный по данному способу, может иметь значительные отклонения от заданного состава, поскольку будет происходить взаимодействие активных компонентов расплава РЗМ с традиционными материалами тигля (Al2O3 и MgO). Порядок и среда введения РЗМ также не предусмотрены, что приведет к неконтролируемому испарению некоторых РЗМ.The prior art method for smelting magnetic alloys containing iron, cobalt, nickel, aluminum, copper and others in an induction furnace (Patent SU 1671720 A1, C22C 1/02; publ. 23.06.91). The method consists in melting a filling consisting of a ferroalloy containing Co and Ni, adding the remaining part of Fe, Co, Ni, deoxidizing the melt and introducing low-melting components (Al, Cu, FeS). The disadvantage of this method is that it is not suitable for smelting alloys containing rare earth elements. An alloy containing a significant amount of rare-earth metals melted by this method can have significant deviations from the specified composition, since the interaction of the active components of the rare-earth melt with traditional crucible materials (Al 2 O 3 and MgO) will occur. The order and environment for the introduction of rare-earth metals are also not provided, which will lead to uncontrolled evaporation of some rare-earth metals.
Из уровня техники известен способ выплавки магнитных сплавов, содержащих железо, кобальт, никель, алюминий, медь и таллий в индукционной печи (Патент RU 2001140 C1, С22С 1/02; опубл. 15.10.93). Способ заключается в расплавлении завалки, состоящей из отходов предыдущих плавок, перегреве расплава до температуры 1500-1550°C и выдержке для снижения содержания неметаллических включений и повышения качества постоянных магнитов. Недостатком известного способа является то, что он не подходит для выплавки сплавов, содержащих редкоземельные элементы, поскольку их расплавы при перегреве характеризуются высокой активностью и могут взаимодействовать с традиционными материалами тигля (Al2O3 и MgO), что приводит не только к загрязнению сплава примесями, но и может способствовать повреждению тигля и проникновению расплава к виткам индуктора. Некоторые РЗМ обладают повышенными значениями упругости пара и при перегреве интенсивно испаряются с поверхности расплава, таким образом, содержание РЗМ в полученном сплаве может сильно отличаться от заданного. Кроме того, данный способ предусматривает получение сплава из отходов и не подходит для выплавки сплавов из исходных компонентов.The prior art method for smelting magnetic alloys containing iron, cobalt, nickel, aluminum, copper and thallium in an induction furnace (Patent RU 2001140 C1, C22C 1/02; publ. 15.10.93). The method consists in melting the filling, consisting of the waste from previous melts, overheating the melt to a temperature of 1500-1550 ° C and holding to reduce the content of non-metallic inclusions and improve the quality of permanent magnets. The disadvantage of this method is that it is not suitable for smelting alloys containing rare earth elements, since their melts when overheated are characterized by high activity and can interact with traditional crucible materials (Al 2 O 3 and MgO), which leads not only to contamination of the alloy with impurities , but can also contribute to damage to the crucible and the penetration of the melt to the turns of the inductor. Some rare-earth metals exhibit increased values of vapor elasticity and, when overheated, intensively evaporate from the surface of the melt, so the content of rare-earth metals in the resulting alloy can be very different from the set value. In addition, this method involves obtaining an alloy from waste and is not suitable for smelting alloys from the starting components.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ выплавки магнитотвердых сплавов в индукционной печи (Патент SU 901322 A1, С22С 1/02; опубл. 30.01.82). Способ заключается в расплавлении завалки, состоящей из Fe, Со, Ni, Cu, введении отходов предыдущих плавок и остальных компонентов (Nb, С, Al, Ti и S) после расплавления основной завалки, доведении расплава до заданного состава с последующей разливкой.The closest analogue of the proposed method is a method of smelting hard alloys in an induction furnace (Patent SU 901322 A1, C22C 1/02; publ. 30.01.82). The method consists in melting the filling, consisting of Fe, Co, Ni, Cu, introducing the waste from the previous heats and other components (Nb, C, Al, Ti, and S) after melting the main filling, bringing the melt to a predetermined composition, followed by casting.
Недостатком известного способа является то, что он не подходит для выплавки сплавов, содержащих редкоземельные элементы, т.к. сплав, содержащий значительное количество РЗМ, выплавленный по данному способу, может иметь значительные отклонения от заданного состава. Это вызвано тем, что:The disadvantage of this method is that it is not suitable for smelting alloys containing rare earth elements, because an alloy containing a significant amount of rare-earth metals melted by this method may have significant deviations from a given composition. This is because:
- будет происходить неконтролируемое испарение РЗМ с поверхности расплава из-за несоблюдения порядка и среды введения РЗМ;- uncontrolled evaporation of rare-earth metals from the surface of the melt will occur due to non-compliance with the order and environment of introduction of rare-earth metals;
- будет происходить взаимодействие активных компонентов расплава с традиционными материалами тигля (Al2O3 и MgO), что может привести к разрушению тигля и проникновению расплава к виткам индуктора.- there will be an interaction of the active components of the melt with traditional crucible materials (Al 2 O 3 and MgO), which can lead to destruction of the crucible and penetration of the melt to the turns of the inductor.
Также недостатком известного способа является то, что из-за взаимодействия расплава с материалом тигля (Al2O3) будет происходить загрязнение сплава примесями, недопустимыми в сплавах системы РЗМ-Fe-Co-B, такими как кислород и алюминий.Another disadvantage of the known method is that due to the interaction of the melt with the crucible material (Al 2 O 3 ), the alloy will be contaminated with impurities that are unacceptable in alloys of the REM-Fe-Co-B system, such as oxygen and aluminum.
Техническим результатом заявленного способа является получение магнитотвердого материала системы РЗМ-Fe-Co-B со стабильным химическим составом, равномерным распределением легирующих элементов по всему объему материала и высокой чистотой по примесям алюминия и кислорода. Это позволит обеспечить стабильность фазового состава, увеличить количество основной магнитной фазы и соответственно повысить свойства магнитов, изготовленных из магнитотвердого материала, полученного по предложенному способу.The technical result of the claimed method is to obtain a hard magnetic material of the REM-Fe-Co-B system with a stable chemical composition, a uniform distribution of alloying elements throughout the volume of the material and high purity in aluminum and oxygen impurities. This will ensure the stability of the phase composition, increase the amount of the main magnetic phase and, accordingly, improve the properties of magnets made of hard magnetic material obtained by the proposed method.
Технический результат достигается способом получения магнитотвердого материала на основе системы редкоземельный металл-железо-кобальт-бор в вакуумной индукционной печи, включающем загрузку железа и кобальта в плавильный тигель и их расплавление в вакууме, введение легирующих элементов в расплав, разливку расплава в форму (например, металлическую (чугунную или стальную) или графитовую) и охлаждение отливки, отличающимся тем, что рабочий слой плавильного тигля содержит по меньшей мере один из оксидов магния, иттрия, гафния, скандия или циркония, введение в расплав бора, введение в расплав в вакууме по меньшей мере одного редкоземельного металла, выбранного из группы: празеодим, гадолиний, неодим, церий, введение в расплав в атмосфере инертного газа (например, аргона) по меньшей мере одного редкоземельного металла, выбранного из группы: диспрозий, самарий.The technical result is achieved by a method of producing a hard magnetic material based on the rare-earth metal-iron-cobalt-boron system in a vacuum induction furnace, including loading iron and cobalt into a melting crucible and melting them in a vacuum, introducing alloying elements into the melt, casting the melt into a mold (for example, metal (cast iron or steel) or graphite) and casting cooling, characterized in that the working layer of the melting crucible contains at least one of the oxides of magnesium, yttrium, hafnium, scandium or c rconium, introducing into the melt of boron, introducing into the melt in vacuum at least one rare-earth metal selected from the group: praseodymium, gadolinium, neodymium, cerium, introducing at least one rare-earth metal into the melt in an atmosphere of inert gas (e.g. argon), selected from the group: dysprosium, samarium.
Охлаждение отливки производят в закрытой печи в инертной атмосфере в течение не менее 6 ч для предотвращения окисления горячего слитка в атмосфере воздуха.The castings are cooled in a closed furnace in an inert atmosphere for at least 6 hours to prevent oxidation of the hot ingot in the atmosphere.
В процессе вакуумной плавки осуществляется дегазация кислорода.In the process of vacuum melting, oxygen is degassed.
Стабильное усвоение РЗМ достигается за счет соблюдения порядка введения в плавку РЗМ и ведения различных групп РЗМ в вакууме или атмосфере аргона, что обусловлено различными величинами упругости пара этих элементов.Stable assimilation of rare-earth metals is achieved by observing the order of introducing rare-earth metals into smelting and maintaining various rare-earth metals in a vacuum or argon atmosphere, which is due to different values of the vapor pressure of these elements.
Материал рабочего слоя тигля не должен иметь в своем составе оксид алюминия, т.к. алюминий является вредной примесью в сплавах на основе системы РЗМ-Fe-Co-B.The material of the working layer of the crucible should not have aluminum oxide in its composition, since Aluminum is a harmful impurity in alloys based on the REM-Fe-Co-B system.
Предпочтительно бор вводить в виде лигатуры Fe-B.Preferably, boron is administered as a Fe-B ligature.
Предпочтительно, введение по меньшей мере одного редкоземельного металла осуществляется в атмосфере инертного газа при давлении от 10 до 30 кПа.Preferably, the introduction of at least one rare earth metal is carried out in an inert gas atmosphere at a pressure of from 10 to 30 kPa.
Установлено, что выплавка магнитотвердого материала системы РЗМ-Fe-Co-B по данному способу обеспечивает получение слитков со стабильным химическим составом, равномерным распределением легирующих элементов по всему объему слитка и высокой чистотой по примесям. Стабильный химический состав достигается за счет соблюдения порядка введения в плавку РЗМ и ведения различных групп РЗМ в вакууме или атмосфере аргона, что обусловлено различными величинами упругости пара этих элементов. Равномерное распределение легирующих элементов в слитке достигается за счет интенсивного индукционного перемешивания расплава во время вакуумной индукционной плавки, а высокая чистота по примесям достигается минимизацией взаимодействия расплава с материалом тигля за счет применения инертной керамики. В выплавленном по данному способу магнитотвердом материале обеспечивается стабильность фазового состава и увеличивается количество основной магнитной фазы, что позволяет повысить свойства магнитов, изготовленных из него.It was found that smelting of hard magnetic material of the REM-Fe-Co-B system by this method provides the production of ingots with a stable chemical composition, uniform distribution of alloying elements over the entire volume of the ingot and high purity of impurities. A stable chemical composition is achieved by observing the order of introducing REM into the smelting and maintaining various REM groups in a vacuum or argon atmosphere, which is due to different values of the vapor pressure of these elements. A uniform distribution of alloying elements in the ingot is achieved due to intensive induction mixing of the melt during vacuum induction melting, and high purity by impurities is achieved by minimizing the interaction of the melt with the crucible material through the use of inert ceramics. In the magnetic solid material melted by this method, the phase composition is stable and the amount of the main magnetic phase is increased, which makes it possible to increase the properties of magnets made from it.
Пример 1Example 1
По предлагаемому способу осуществляли выплавку магнитотвердого материала состава (% масс.): Fe(ocH.)-(11,00-13,00)Pr-(14,5-17,0)Dy-(2,20-4,20)Gd-(24,30-25,30)Co-(0,50-1,50)B.According to the proposed method was carried out smelting of hard magnetic material composition (% wt.): Fe (ocH.) - (11.00-13.00) Pr- (14.5-17.0) Dy- (2.20-4.20 ) Gd- (24.30-25.30) Co- (0.50-1.50) B.
Для выплавки применяли вакуумную индукционную печь с тиглем, рабочий слой которого состоял из смеси оксидов магния и иттрия. Железо и кобальт вводили в завалку, плавление завалки проводили в вакууме, после проведения дегазации расплава присаживали бор в виде лигатуры железо-бор, далее вводили празеодим и гадолиний в вакууме в несколько порций, затем в камеру печи напускали аргон, после чего вводили в расплав диспрозий. Разливку осуществляли в стальную трубу, охлаждение слитка проходило в атмосфере аргона в течение 6 ч.For smelting, a vacuum induction furnace with a crucible was used, the working layer of which consisted of a mixture of magnesium and yttrium oxides. Iron and cobalt were introduced into the filling, melting of the filling was carried out in vacuum, after the degassing of the melt, boron was placed in the form of an iron-boron ligature, then praseodymium and gadolinium were introduced in vacuum in several portions, then argon was introduced into the furnace chamber, after which dysprosium was introduced into the melt . The casting was carried out in a steel pipe, the ingot was cooled in an argon atmosphere for 6 hours.
Результаты химического анализа из проб, взятых по высоте отливки представлены в таблице 1.The results of chemical analysis from samples taken by the height of the casting are presented in table 1.
Из таблицы 1 видно, что в сплаве, выплавленном по предлагаемому способу, содержание легирующих элементов стабильно, практически не отличаются в различных частях слитка и значительно ближе к расчетному составу, чем в сплаве, выплавленном по способу-прототипу. Содержание алюминия и кислорода в сплаве, выплавленном по предлагаемому способу, в 5 раз ниже, чем в сплаве, выплавленным по способу-прототипу.Table 1 shows that in the alloy smelted by the proposed method, the content of alloying elements is stable, practically do not differ in different parts of the ingot and is much closer to the calculated composition than in the alloy smelted by the prototype method. The content of aluminum and oxygen in the alloy smelted by the proposed method is 5 times lower than in the alloy smelted by the prototype method.
Из полученных слитков были отобраны образцы, из которых были изготовлены магниты. Процесс изготовления магнитов включал стандартные технологические этапы: механическое дробление, помол, прессование в магнитном поле, спекание в вакууме, гомогенизацию, механическую обработку (резку, шлифовку) и намагничивание. Свойства магнитов, изготовленных из полученного сплава, представлены в таблице 2.From the obtained ingots, samples were taken from which magnets were made. The manufacturing process of magnets included standard technological stages: mechanical crushing, grinding, pressing in a magnetic field, sintering in vacuum, homogenization, machining (cutting, grinding) and magnetization. The properties of magnets made from the obtained alloy are presented in table 2.
Из таблицы 2 видно, что предлагаемый способ позволяет повысить значение напряженности в рабочей точке на 11% и коэрцитивной силы на 21% по сравнению со способом-прототипом.Table 2 shows that the proposed method allows to increase the value of tension at the operating point by 11% and coercive force by 21% compared with the prototype method.
Пример 2Example 2
По предлагаемому способу осуществляли выплавку сплава состава (% масс.): Fe(ocH.)-(14,50-16,50)Pr-(8,5-10,5)Dy-(5,50-6,50)Sm-(24,50-25,50)Со-(0,50-1,50)В.According to the proposed method, the alloy composition was smelted (% wt.): Fe (ocH.) - (14.50-16.50) Pr- (8.5-10.5) Dy- (5.50-6.50) Sm- (24.50-25.50) Co- (0.50-1.50) B.
Для выплавки применяли вакуумную индукционную печь с тиглем, рабочий слой которого состоял из оксида иттрия. Железо и кобальт вводили в завалку, плавление завалки проводили в вакууме, после проведения дегазации расплава вводили бор в виде лигатуры железо-бор, далее присаживали празеодим в вакууме в несколько порций, затем в камеру печи напускали аргон, после чего вводили в расплав диспрозий и самарий. Разливку осуществляли в стальную трубу, охлаждение слитка проходило в атмосфере аргона в течение 7 часов.For smelting, a vacuum induction furnace with a crucible was used, the working layer of which consisted of yttrium oxide. Iron and cobalt were introduced into the filling, melting of the filling was carried out in vacuum, after the degassing of the melt, boron was introduced in the form of an iron-boron ligature, then praseodymium was placed in vacuum in several portions, then argon was introduced into the furnace chamber, after which dysprosium and samarium were introduced into the melt . The casting was carried out in a steel pipe, the ingot was cooled in an argon atmosphere for 7 hours.
Результаты химического анализа из проб, взятых по высоте отливки представлены в таблице 3.The results of chemical analysis from samples taken by the height of the casting are presented in table 3.
Из таблицы 3 видно, что в магнитотвердом материале, выплавленном по предлагаемому способу, содержание легирующих элементов стабильно, практически не отличается в различных частях слитка и значительно ближе к расчетному составу, чем в сплаве, выплавленном по способу-прототипу. Содержание алюминия в магнитотвердом материале, выплавленном по предлагаемому способу, в 7,5 раз ниже, чем в сплаве, выплавленном по способу-прототипу, а содержание кислорода ниже в 4 раза.From table 3 it is seen that in the hard magnetic material melted by the proposed method, the content of alloying elements is stable, practically does not differ in different parts of the ingot and is much closer to the calculated composition than in the alloy smelted by the prototype method. The aluminum content in the hard magnetic material smelted by the proposed method is 7.5 times lower than in the alloy smelted by the prototype method, and the oxygen content is 4 times lower.
Из полученных слитков были отобраны образцы, из которых были изготовлены магниты. Процесс изготовления магнитов включал стандартные технологические этапы: механическое дробление, помол, прессование в магнитном поле, спекание в вакууме, гомогенизацию, механическую обработку (резку, шлифовку) и намагничивание. Свойства магнитов, изготовленных из полученного сплава представлены в таблице 4.From the obtained ingots, samples were taken from which magnets were made. The manufacturing process of magnets included standard technological stages: mechanical crushing, grinding, pressing in a magnetic field, sintering in vacuum, homogenization, machining (cutting, grinding) and magnetization. The properties of magnets made from the obtained alloy are presented in table 4.
Из таблицы 2 видно, что предлагаемый способ позволяет повысить значение напряженности в рабочей точке на 8% и коэрцитивной силы на 20% по сравнению со способом-прототипом.Table 2 shows that the proposed method allows to increase the value of tension at the operating point by 8% and coercive force by 20% compared with the prototype method.
Предлагаемый способ позволяет получать слитки магнитотвердого материала на основе системы РЗМ-Fe-Co-B со стабильным химическим составом, равномерным распределением легирующих элементов по всему объему слитка и высокой чистотой по примесям алюминия и кислорода.The proposed method allows to obtain solid magnetic material ingots based on the REM-Fe-Co-B system with a stable chemical composition, uniform distribution of alloying elements throughout the entire volume of the ingot, and high purity of aluminum and oxygen impurities.
Использование изобретения позволяет получать материалы с повышенными магнитными свойствами, что позволяет увеличить точность навигационных приборов, изготавливаемых из них.The use of the invention allows to obtain materials with increased magnetic properties, which allows to increase the accuracy of navigation devices made from them.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015115290/02A RU2596563C1 (en) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Method for production of hard-magnetic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015115290/02A RU2596563C1 (en) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Method for production of hard-magnetic material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2596563C1 true RU2596563C1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015115290/02A RU2596563C1 (en) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Method for production of hard-magnetic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2596563C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU901322A1 (en) * | 1980-04-29 | 1982-01-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов | Method of smelting hard-magnetic alloys |
| US4612047A (en) * | 1985-10-28 | 1986-09-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Preparations of rare earth-iron alloys by thermite reduction |
| EP0134162B1 (en) * | 1983-07-05 | 1989-08-30 | Rhone-Poulenc Chimie | Alloys of neodymium and process for their production |
| RU2001140C1 (en) * | 1991-01-08 | 1993-10-15 | Научно-Производственное Объединение "Магнетон" | Method of smelting magnetic alloy containing fe-co-ni-cu-ti |
| RU2210607C1 (en) * | 2001-12-27 | 2003-08-20 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН | Method of production of alloy on base of transition and rare-earth elements and device for realization of this method |
-
2015
- 2015-04-23 RU RU2015115290/02A patent/RU2596563C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU901322A1 (en) * | 1980-04-29 | 1982-01-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов | Method of smelting hard-magnetic alloys |
| EP0134162B1 (en) * | 1983-07-05 | 1989-08-30 | Rhone-Poulenc Chimie | Alloys of neodymium and process for their production |
| US4612047A (en) * | 1985-10-28 | 1986-09-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Preparations of rare earth-iron alloys by thermite reduction |
| RU2001140C1 (en) * | 1991-01-08 | 1993-10-15 | Научно-Производственное Объединение "Магнетон" | Method of smelting magnetic alloy containing fe-co-ni-cu-ti |
| RU2210607C1 (en) * | 2001-12-27 | 2003-08-20 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН | Method of production of alloy on base of transition and rare-earth elements and device for realization of this method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5477282B2 (en) | R-T-B system sintered magnet and manufacturing method thereof | |
| JP6201446B2 (en) | Sintered magnet | |
| JP5331885B2 (en) | Permanent magnet and variable magnetic flux motor and generator using the same | |
| JP6265368B2 (en) | R-T-B rare earth sintered magnet and method for producing the same | |
| JP5999106B2 (en) | Method for producing RTB-based sintered magnet | |
| JP5120710B2 (en) | RL-RH-T-Mn-B sintered magnet | |
| JP5348124B2 (en) | Method for producing R-Fe-B rare earth sintered magnet and rare earth sintered magnet produced by the method | |
| JPWO2009075351A1 (en) | R-T-B type alloy and method for producing R-T-B type alloy, fine powder for R-T-B type rare earth permanent magnet, R-T-B type rare earth permanent magnet | |
| JP7470805B2 (en) | Neodymium Iron Boron Magnet Material | |
| JPWO2002103719A1 (en) | Rare earth permanent magnet material | |
| KR900006193B1 (en) | Manufacturing method of neodymium-iron-boron permanent magnet | |
| JP5850052B2 (en) | RH diffusion source and method for producing RTB-based sintered magnet using the same | |
| US20160012946A1 (en) | Method of manufacturing alloy for r-t-b-based rare earth sintered magnet and method of manufacturing r-t-b-based rare earth sintered magnet | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| JPWO2013018751A1 (en) | Raw material alloy slab for rare earth sintered magnet and method for producing the same | |
| JPH08167515A (en) | Manufacturing for material of r-f-b-based permanent magnet | |
| RU2596563C1 (en) | Method for production of hard-magnetic material | |
| JP7167484B2 (en) | Cast alloy flakes for RTB rare earth sintered magnets | |
| JP2018093109A (en) | Rare earth cobalt-based permanent magnet and manufacturing method thereof | |
| JP7287215B2 (en) | Manufacturing method of sintered body for rare earth magnet | |
| RU2174261C1 (en) | Material for rare-earth permanent magnets and its production process | |
| JPS59177346A (en) | Alloy of rare earth metal for magnet material | |
| JPS6263642A (en) | Rare earth alloy for magnet stock and its production | |
| RU2118007C1 (en) | Material for permanent magnets | |
| Saito et al. | The extraction of Sm from Sm-Co alloys by the glass slag method |