Влияние термообработки на свойства магнитов Nd-Fe-Al-Ti-B Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© В.П. Пискорский, И.В.Сычев Р.А. Валеев, 2007

УДК 621.318.1

В.П. Пискорский, И.В.Сычев, Р.А. Валеев ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА

МАГНИТОВ Nd-Fe-Al-Ti-B

^^звестно, что магнитные свойства материалов Nd-Fe-B

-ЖЛ. определяются основной магнитной фазой Nd2Fe14B, однако, существует ряд микродобавок (концентрация на уровне 1-2 ат.%), которые не улучшая магнитные характеристики фазы Nd2Fe14B, тем не менее повышают характеристики магнитов [1]. Условно принято разделять эти добавки на «тугоплавкие» и «легкоплавкие» [2]. Легкоплавкие влияют, в основном, на межзеренную, фазу, например, повышая ее смачиваемость с фазой Nd2Fe14B и облегчая тем самым процесс спекания ^і, Ga). Тугоплавкие склонны к образованию боридных фаз, например, TiB2, NbFeB и т.д. Считается, что данные фазы препятствуют росту зерна в процессе спекания и тем самым повышают величину коэрцитивной силы ^а). Термическую обработку магнитов Nd-Fe-B производят, как правило, при температурах 500^650 0С [3,4,5]. В работе [4] отмечается, что температура термообработки ни при каких обстоятельствах не должна превышать 700 0С. В работе [4] подробно исследовано влияние термообработки на величину Ни магнитов Nd-Fe-B в зависимости от состава и режимов термообработки. Что касается механизма положительного влияния термообработки 500-650 оС на величину Ни магнитов, то в настоящий момент однозначное мнение отсутствует.

Экспериментальные результаты

Магниты спекали при температурах 1130-1160 °С в течении 1 часа. Показано, что оптимальной температурой спекания является 1140 °С. После спекания и измерения магнитных характеристик, магниты термообрабатывали по следующим режимам. Высокотемпературную обработку (ВТО) проводили по режиму

1000 °С х 0,5 час. (в вакууме « 10-5 мм рт. ст.) с последующим охлаждением до 500 °С в среде аргона со скоростью

X, ат.%

Рис. 1. Зависимость коэрцитивной силы после спекания от содержания бора магнитов следующего состава:

о - Ndl7 Fe 82-x All Bx • - Ndl6 Fe 82-x All Til Bx ▲ - Ndl6 Fe 8l,6-x All Til,4 Bx ■ - Ndl5,5 Fe 8l,7-x All Til,8 Bx

l25-l30 ос/мин. Низкотемпературную обработку (НТО) проводили по режиму 550 ос x l час (в вакууме « l0- мм рт. ст.) с последующим охлаждением на воздухе со скоростью не ниже 200 ОС/мин. Зависимость величины HCI магнитов после спекания от содержания бора представлена на рис. l. Как видно из рис. l, зависимость величины HCI от содержания бора имеет экстремальный характер, причем положение максимума зависит от содержания титана в материале. Зависимость оптимального содержания бора, при котором достигается максимальное значение HCI после спекания от концентрации титана в материале представлена на рис. 2. Оказалось, что магниты с содержанием бора выше и ниже оптимальной величины (см. рис. l) по разному меняют свойства после термической обработки. Результаты

представлены в таблице. Строки 2, 5, 8, 11 в таблице соответствуют оптимальному содержанию бора (максимальное значение НС1 после спекания). Как видно из таблицы,

содержание титана, ат. %

Рис. 2. Зависимость оптимального содержания бора, при котором достигается максимальное значение коэрцитивной силы после спекания, от концентрации титана в материале

Коэрцитивная сила (НС1) магнитов с различньш содержанием титана и бора, измеренная после спекания, высокотемпературной (ВТО) и низкотемпературной (НТО) термообработок

№ Химический состав, ат.% ^ , кА/м

Al Fe тс B После спекания После ВТО После НТО

1 17 1 ост. 0 5,3 140 690 210

2 6 800 820 860

3 6,6 780 800 900

4 16 1 ост. 1 5,8 560 800 280

5 6,3 990 1070 970

6 8,1 610 610 910

7 16 1 ост. 1,4 6,6 620 800 350

8 7,3 740 710 960

9 8,8 540 470 630

10 6,6 320 700 140

11 15,5 1 ост. 1,8 7,5 840 750 900

12 8 620 650 900

у магнитов с содержанием бора меньше оптимального, величина НС1 растет после ВТО и падает после НТО. У магнитов с содержанием бора выше оптимального, величина НС1 всегда возрастает после НТО, а после ВТО практически не меняется. При оптимальном содержании бора в материале ни ВТО ни НТО не оказывают заметного влияния на величину НС1 .

Обсуждение и выводы

В работе [6] показано, что основными факторами, влияющими на зависимость НС1 от температуры термообработки является характер перераспределения бора между фазами материала и образование мелкодисперсных боридов типа Ті-В. В этой связи можно предположить, что у магнитов с содержанием бора выше оптимального, его избыток в основной магнитной фазе после НТО переходит в фазы типа Ті-В, стабилизируя их. При этом, исчезает избыток бора на границах основной магнитной фазы, что и приводит к увеличению величины НС1 [6]. Когда количество бора в материале ниже оптимального, более эффективной оказывается ВТО, поскольку, при высоких температурах расширяется область гомогенности основной магнитной фазы по бору [6]. В этом случае, распределение бора в фазе 2-14-1 становится оптимальным, что и приводит к увеличению величины НС1. Возможно, что в этом случае, недостаток бора в фазе 2-14-1 компенсируется за счет его диффузии из фаз типа Ті-В. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Зависимость величины НС1 магнитотвердых материалов Nd-Fe-Ti-Al-B от содержания бора после спекания имеет экстремальный характер, причем, с увеличением концентрации титана положение максимума смещается в область больших значений бора.

2. Величина НС1 магнитов с содержанием бора ниже оптимального увеличивается после высокотемпературной обработки при 1000 °С, а низкотемпературная обработка при 550 °С оказывает отрицательное влияние на эту величину. У магнитов с содержанием бора выше оптимального, значение НС1 возрастает после низкотемпературной обработки и практически не меняется

после высокотемпературной. У магнитов с оптимальным содержанием бора величина HCI слабо меняется после обоих термообработок.

------------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Buschov K.H.J. New permanent magnet materials. // Materials Science Reports. 1986, v. 1, p. 1-64.

2. Tenaud P., Lemaire H., Vial F. Recent improvement in NdFeB sintered

magnets. // J. Magn. and Magn. Mater., 1991, v. 101, p. 328-332.

3. Shelder G., Henig E., Missell F.P., Petzow G. Microstructure of sintered FeNd- B magnets. // Z. Metallkunde. 1990, v. 81, N 5, p. 322-329.

4. Менушенков В.П., Савченко А.Г. Термообработка, микроструктура и коэрцитивная сила спеченных магнитов на основе (Nd, Dy)-Fe-B. //Материаловедение и металлургия. Перспективные технологии и оборудование: Материалы семинара. - М.: МГИУ, 2003, с. 158-185.

5. Schneider G., Landgraf F.J.G., MissellF.P. Additional ferromagnetic phases in the Fe-Nd-B system and the effect of a 6000C annealing // J. Less Common Metals. 1989, v.153, p.169-180

6. Lukin A. A., Szymura S. Особенности формирования коэрцитивной силы в процессе термической обработки спеченных магнитов типа Nd-Fe-B // Archiwum nauki o materialach. 2000, t.21, nr. 1, s. 21-30.

— Коротко об авторах ---------------------------------

Пискорский В.П., Сычев И.В., Валеев Р.А. - ФГУП «ВИАМ».