Лигатура для получения сплавов для постоянных магнитов

ЛИГАТУРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ, преимущественно системы РЗМ-Fe-В, отличающаяся тем, что, с целью снижения газовых примесей, повышения степени усвоения РЗМ сплавами и магнитных свойств постоянных магнитов, она дополнительно содержит празеодим при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Неодим 35 - 85
Празеодим 1 - 25
Кальций 0,3 - 1,5
Железо Остальное

Изобретение относится к веществам, используемым в производстве магнитных сплавов на основе редкоземельных металлов (РЗМ), в частности к композиции РЗМ-железо-бор, имеющей наиболее высокие магнитные характеристики.
Процесс производится, как правило, в индукционных вакуумных печах при 1600-1700^оС в среде инертного газа. В результате дальнейшей обработки из этих сплавов получают постоянные магниты с достаточно высокими свойствами: Br 1,16-1,23 Тл; _ВН_с 224-228 кА/м; _JH_c 228-252 кА/м; (ВН)_макс 128,8-171,2 кДж/м³.
Однако использование чистых исходных компонентов отличается рядом трудностей и недостатков. Прежде всего само по себе получение чистых индивидуальных РЗМ требует дополнительных стадий экстракционного разделения наряду с операциями восстановления и рафинирования. Достаточно высокие температуры процесса сплавления и химическая активность РЗМ влекут за собой необходимость подбора специальных материалов реакционных тиглей. Кроме того, отмечается очень низкое усвоение редкоземельных металлов сплавом, которое в большинстве случаев составляет до 50 мас. % . В связи с этим в последнее время все более широко при изготовлении магнитных сплавов применяются промежуточные сплавы - лигатуры, содержащие необходимые редкоземельные металлы и железо.
Ближайшим по своей технической сущности полезности к предлагаемому является состав лигатуры, содержащий в своем составе неодим, железо и кальций, при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Неодим 79,8
Железо 19,0
Кальций 0,132
Указанная лигатура, полученная путем кальциетермического восстановления фторида неодима, обеспечивает более высокое усвоение редкоземельных металлов сплавом (80% ) по сравнению с использованием чистых РЗМ. Использование лигатуры позволяет значительно снизить температуру процесса сплавления и сократить время плавки за счет более быстрого, чем при использовании чистых металлов растворения лигатуры в расплаве железа.
К недостаткам указанной лигатуры относятся:
повышенное содержание в составе получаемого сплава газовых примесей (фтор, кислород);
недостаточно высокое усвоение редкоземельных металлов сплавом 80 мас. % :
недостаточно высокие магнитные характеристики получения изделий.
Целью предлагаемого изобретения является снижение газовых примесей, повышение степени усвоения редкоземельных металлов сплавами и магнитных свойств постоянных магнитов.
Цель достигается путем дополнительного введения в состав лигатуры празеодима и увеличения содержания в ней кальция при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Неодим 35,0-85,0
Празеодим 1,0-40,0
Кальций 0,3-1,5
Железо Остальное
Использование в составе лигатуры празеодима, который способствует повышению константы анизотропии и магнитного момента сплава позволит обеспечить получение стабильно высоких значений магнитных характеристик изделий. Кроме того, учитывая, что необходим и празеодим сходны по химическим свойствам и находятся в ряду РЗМ рядом, их совместное выделение через процессы экстракции и реэкстракции более экономически выгодно, чем раздельное. Повышение содержания кальция в составе лигатуры положительно сказывается на качестве сплава. Кальций, являясь более химически активным металлом, чем РЗМ, в первую очередь, реагирует с имеющимся в расплаве газовыми примесями (кислород, фтор), а также оксидами и недовосстановленными фторидами РЗМ. Тем самым он обеспечивает очистку сплава от кислорода и фтора, довосстановление редкоземельных металлов из оксида и фторидов, а также посредством перевода газовых примесей в шлаковую фазу, увеличение степени усвоения РЗМ расплавом. В то же время удаление из сплава в шлаковую фазу немагнитных фракций, способствует получению более высоких магнитных свойств изделий.
Для проверки эффективности лигатуры был выплавлен ряд составов предлагаемой лигатуры и лигатуры прототипа. Плавки проводились в индукционной печи в атмосфере инертного газа при 1100-1200^оС. Вес слитков лигатуры составлял 1 кг каждый. Содержание основных компонентов в лигатуре контролировалось путем проведения химического анализа слитков. Химический состав лигатур приведен в табл. 1.
П р и м е р. С использованием указанных в табл. 1 лигатур выплавлялся магнитный сплав состава, мас. % : РЗМ 37,0; В 1,3; Fe - остальное. Выплавка сплавов проводилась в алундовом тигле индукционной вакуумной печи в инертной атмосфере из шихты, содержащей лигатуры, армко-железо и ферробор, со сливом сплава в медную изложницу. Затем слитки дробились и измельчались в спирте. Пробы от всех слитков подвергались химическому анализу на содержание основных компонентов, а также фтора и кислорода. Далее порошки сплавов прессовались, спекались и намагничивались в абсолютно идентичных условиях. Магнитные характеристики спеченных образцов определялись методом медленно меняющегося поля. Результаты испытаний и химического анализа приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 видно, что дополнительное введение в состав лигатуры, а соответственно и сплава празеодима значительно повышает магнитные характеристики образцов. Снижение содержания празеодима менее 1 мас. % приводит к понижению константы анизотропии и практически всех характеристик (опыт 6). Чрезмерное увеличение содержания празеодима по отношению к неодиму (опыт 7) снижает магнитный момент, а следовательно, ухудшает магнитные свойства. Увеличение содержания в лигатуре неодима свыше 85 мас. % , хотя и не влияет на конечный результат, приводит к ухудшению показателя по извлечению РЗМ в слиток в процессе металлотермического восстановления (опыт 3). Введение в состав лигатуры менее 35 мас. % неодима (опыт 2) не дает возможности получить достаточное количество фазы Nd₂Fe₁₄B и соответственно приводит к снижению магнитных свойств. При содержании в лигатуре кальция менее 0,3 мас. % его оказывается недостаточно для рафинирования сплава от газовых примесей, что, с одной стороны, ухудшает усвоение редкоземельных металлов сплавом и, следовательно, повышает расход лигатуры, а с другой стороны, в связи с повышением содержания в сплаве неметаллических включений отрицательно сказывается на магнитных свойствах. Повышение концентрации кальция в лигатуре сверх 1,5 мас. % приводит к повышению его содержания в конечном сплаве за счет образования интерметаллических соединений с бором, а следовательно, к обеднению материала соединением Nd₂Fe₁₄В, основная магнитная фаза за счет повышения содержания кальция в растворе на базе основной фазы.
Как видно из приведенных данных заявляемая лигатура по сравнению с прототипом позволяет существенно (на 20-30% ) повысить коэрцитивную силу образцов, на 5-15% - магнитную энергию на 5-10% - остаточную индукцию, значительно снизить содержание в сплаве газовых примесей и повысить усвоение редкоземельных металлов сплавом. (56) Патент США N 4721538, кл. С 22 С 38/00, 1988.
Патент Японии N 61-84340, кл. С 22 С 1/02, 1986.
Изобретение относится к лигатурам для получения сплавов для постоянных магнитов, преимущественно системы РЗИ-Ге-В. Целью изобретения является снижение газовых примесей, повышение степени усвоения РЗМ сплавами и магнитных свойств постоянных магнитов. Лигатура содержит, мас. % : 35 - 85 Nd; 1 - 25 Pr; 0,3 - 1,5 Ca; остальное - Fe. Получение сплава 37% РЗМ 1,3% B - Fe из шихты, содержащей предлагаемую лигатуру, армко-железо и ферробор, позволило значительно снизить в сплаве примеси фтора и кислорода, повысить степень извлечения РЗМ до 94 - 95% . При этом магнитные свойства спеченных из порошков сплава постоянных магнитов равны: Br 1,15 - 1,18 Тл; (ВН)_макс 200 - 221 кДж/м³, _BH_C 431 - 465 кА/м и _JH_C 434 - 483 кА/м. 2 табл.