Получение сплавов для постоянных магнитов (Nd-Fe-B)

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования  «Национальный исследовательский  технологический университет «МИСиС»

 

Институт Экотехнологий и Инжиниринга (ЭкоТех)

Кафедра Цветных металлов и золота (ЦМиЗ)

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 

на тему: Получение  сплавов для постоянных магнитов     (Nd-Fe-B)

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент группы: МРМ-09-1

Абдуазимов Б.Н.

Преподаватель: Божко Г.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2013

 

Содержание

 

1. Введение…………………………………………………………………………..3
2. Получение…………………………………………………………………………4
3. Области применения……………………………………………………………...6
4. Список литературы………………………………………………………………11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Магнит известен человеку с незапамятных времён. До нас дошли упоминания о магнитах и их свойствах в трудах Фалеса Милетского (прибл. 600 до н.э.) и Платона (427–347 до н.э.). Само слово «магнит» возникло в связи с тем, что природные магниты были обнаружены греками в Магнесии (Фессалия).

  Естественные (или  природные) магниты встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. В Тартуском университете находится самый крупный известный естественный магнит.  Его масса составляет 13 кг, и он способен поднять груз в 40 кг.

  Искусственные магниты  - это магниты созданные человеком на основе различных ферромагнетиков. Так называемые «порошковые» магниты (из железа, кобальта и некоторых других добавок) могут удержать груз более чем 5000 раз превышающий их собственную массу.

   Существуют искусственные магниты двух разных видов:

       Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов.

       К другому виду относятся так  называемые электромагниты с  сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

Из всего, с чем сталкивается человек, он прежде всего стремится  извлечь практическую пользу. Не миновал этой судьбы и магнит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получение

 

Производство неодимовых магнитов на основе порошка неодим-железо-бор (Nd-Fe-B )позволило сделать большой  скачок в развитии электроники, нефтегазовой промышленности, магнитной сепарации, стройиндустрии, автомобилестроении и других отраслях. К настоящему времени массово изготавливаемый неодимовый магнит практически полностью вытеснил другие разновидности постоянных магнитов кроме ферритовых которые являются огромными партиями типовых размеров. 
 
Изготовление магнитов включает в себя множество производственно-технологических циклов. Технологи постоянно работают над усовершенствованием процесов и разнообразием магнитных характеристик, что обуславливает разновидность марок магнитного материала. Магнитные свойства неодимовых магнитов зависят от состава сплава, микроструктуры, и используемой технологии производства магнитов. 
 
Порошковая технология производства магнитов позволяет сделать магниты в трех основных формах: прессованные магнитопласты, литые магнитопласты и сами спеченные магниты. 
 
Прессованные магнитопласты – это магниты, полученные путем смешивания специального вида порошка ndfeb с полимерными связывающими материалами. Затем эта масса прессуется в форму и нагревается. Магниты, получаемые таким способом, могут быть сложных форм, и обычно не требуют дополнительной обработки. Они имеют более низкую энергию продукта, чем спеченные магниты, – до 10 мгсэ. Изотропные магнитопласты ndfeb могут быть намагничены в любом направлении. При использовании специальных соленоидов можно получить многополюсные магниты или магниты со специальной формой магнитного поля. Разумеется, такие сложные соленоиды могут стоить очень дорого в зависимости от сложности конструкции и требуемой производительности. 
 
Литые магнитопласты – при этом способе производства магнитов порошок ndfeb смешивается с полимерным материалом и выдавливается в форму. Получающиеся магниты имеют энергию продукта до 5 мгсэ, но могут быть сделаны чрезвычайно замысловатых форм. 
 
Спеченные магниты – мелкий порошок NdFeB запрессовывается в форму, затем спекается и обрабатывается до нужного размера (шлифуется). Производство неодимовых магнитов — сложный высокотехнологичный процесс, требующий соблюдения состава, содержания примесей. Все операции, кроме шлифовки в размер, проводятся без доступа кислорода в вакууме или атмосфере инертных газов. Направление намагниченности задается текстурой магнитного поля во время прессования. 
 
Чтобы сделать магнит, нужно пройти несколько стадий обработки магнитного материла. 
 
Производство магнитов неодим-железо-бор состоит из следующих этапов: 
 
1. Выплавка магнитного материала. На этой стадии изготовления магнита исходные компоненты магнитного материала сплавляются в вакуумной индукционной печи. В этот момент задаются магнитные характеристики материала. 
 
2. Дробление и тонкое измельчение. Частицы магнитного материала подвергаются дроблению и размолу на шаровых мельницах . 
 
3. Прессование в магнитном поле. Из полученного порошка, методами изостатического или линейного прессования в магнитном поле, делают заготовки. На этой стадии задается направление магнитного поля, происходит выстраивание доменов. 
 
4. Спекание. Магнитные заготовки спекают при температуре 1000°С — 1100°С, они проходят термообработку в инертной среде. 
 
5. Механическая обработка. Изделия проходят механическую шлифовку, затем для повышения коэрцитивной силы материала производится их отжиг. В общем случае, спеченные магниты ndfeb должны обрабатываться на станках специальным инструментом. При обработке, как правило, используется охлаждающая смазка, для того чтобы избежать перегрева и внезапного воспламенения порошка. 
 
6. Намагничивание в установке импульсного магнитнго поля. Полученные магниты помещают в намагничивающую установку с индукцией магнитного поля ~ 3 – 4 Тл. Чем больше расстояние между полюсами магнита, тем большую магнитную индукцию необходимо создать для его полного намагничивания. 
 
Это является одним из препятствий для изготовления очень больших магнитов. Как правило, магнитная установка позволяет качественно «промагнитить» магниты с текстурным размером до 50 см. 
 
7. Нанесение защитного покрытия. Этот этап является завершающим. Для предотвращения коррозии и защиты от других неблагоприятных условий внешней среды после изготовление магнитов ndfeb, они покрываются различными материалами, в основном, это гальваническое покрытие никель, медь, цинк. Для особо агрессивного окружения используют комбинацию различных видов покрытий, в ряде случаев их дополняют слоем эпоксидной смолы, специального стойкого полимерного материала или обрабатывают фосфатами. Примеры покрытия магнитов ndfeb (неодим-железо-бор): никель; двойной никель; никель-медь-никель (10-20 микрон); цинк (8-20 микрон); никель-медь-эпоксидная смола. 
 
Градация марки магнитного материала прямо связана с максимальной энергией материала, составляющего магнит. Проще говоря, градация магнита используется для указания того, насколько «сильный» материал использовался для производства постоянного магнита. Чем выше величина градации, тем «сильнее» магнит. Например, марка N40 говорит об использовании при производстве магнита магнитного материала с максимальной энергией bhmax 40 мгсэ. Для спеченных магнитов максимальное значение может достигать 48 мгсэ, для магнитопластов 12 мгсэ. Основные марки неодимовых магнитов выпускаемых промышленным способом: N35, N38, N40, N42, N45.

 
Особенностями магнитов NdFeB являются многообразие различных форм и размеров, стойкость к размагничиванию, высокие магнитные характеристики, коррозионная устойчивость, приемлимая цена. К единственному недостатку неодимовых магнитов можно отнести относительно невысокую рабочую температуру (до 180 °С) и неустойчивость к агрессивным средам.

 

Пoвысить тeмпеpaтypнyю cтaбильнocть мaгнитoв из неодим-железо-бора возможно с помощью лeгиpoвaния с тaкими элeмeнтaми кaк диспрозий и кобальт. Эти элeмeнты cyщecтвeннo yвeличивaют кoэpцитивнyю cилу, нo в тo жe время уменьшают остаточную индукцию и максимальное энергетическое усилие. C пoмoщью лeгиpoвaния yдaетcя пoвыcить мaкcимaльнyю paбoчyю тeмпepaтypy дo 240 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Области применения

 

Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

 

   Магнитоэлектрические приборы. В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю.

 

   Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками – токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности.

   Электрические наручные часы питаются миниатюрной батарейкой. Для их работы требуется гораздо меньше деталей, чем в механических часах; так, в схему типичных электрических портативных часов входят два магнита, две катушки индуктивности и транзистор.

  Замок -  механическое, электрическое или электронное устройство, ограничивающее возможность несанкционированного пользования чем-либо. Замок может приводиться в действие устройством (ключом), имеющимся в распоряжении определенного лица, информацией (цифровым или буквенным кодом), вводимой этим лицом, или какой либо индивидуальной характеристикой (например, рисунком сетчатки глаза) этого лица. Замок обычно временно соединяет друг с другом два узла или две детали в одном устройстве. Чаще всего замки бывают механическими, но все более широкое применение находят электромагнитные замки.

 

  Магнитные замки. В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок.

 

   Динамометр - механический или электрический прибор для измерения силы тяги или крутящего момента машины, станка или двигателя.

 

   Тормозные динамометры бывают самых различных конструкций; к ним относятся, например, тормоз Прони, гидравлический и электромагнитный тормоза.

 

    Электромагнитный динамометр может быть выполнен в виде миниатюрного прибора, пригодного для измерений характеристик малогабаритных двигателей.

 

    Гальванометр – чувствительный прибор для измерения слабых токов. В гальванометре используется вращающий момент, возникающий при взаимодействии подковообразного постоянного магнита с небольшой токонесущей катушкой (слабым электромагнитом), подвешенной в зазоре между полюсами магнита. Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала прибора при небольших отклонениях катушки почти линейна. Приборы на его базе  - самый распространенный вид приборов.

Спектр выпускаемых приборов широк  и разнообразен: приборы щитовые  постоянного и переменного тока (магнитоэлектрической, магнитоэлектри- ческой с выпрямителем и электромагнитной систем), комбинированные приборы  ампервольтомметры, для диагностирования и регулировки электрооборудования автомашин, измерения температуры плоских поверхностей, приборы для оснащения школьных учебных кабинетов, тестеры и измерители всевозможных электрических параметров

 

  Производство абразивов - мелких, твердых, острых частиц, используемых в свободном или связанном виде для механической обработки (в т.ч. для придания формы, обдирки, шлифования, полирования) разнообразных материалов и изделий из них (от больших стальных плит до листов фанеры, оптических стекол и компьютерных микросхем). Абразивы бывают естественные или искусственные. Действие абразивов сводится к удалению части материала с обрабатываемой поверхности. В процессе производства искусственных абразивов ферросилиций, присутствующий в смеси, оседает на дно печи, но небольшие его количества внедряются в абразив и позже удаляются магнитом.

 

Так же постоянные магниты нeoдим-жeлeзo-бop нa сегодняшний день используются в мощных лазерах, магнето – акустических военных радарах, нанотехнологиях, HiFi акустических системах, поисковых приборах, ветрогенераторах с высоким КПД, магнитных фиксаторах, и во многих других изделиях современной цивилизации.

  Магнитные свойства вещества  находят широкое применение в  науке и технике как средство  изучения структуры различных  тел. Так возникли науки:

 

    Магнетохимия (магнитохимия) - раздел физической химии, в котором изучается связь между магнитными и химическими свойствами веществ; кроме того, магнитохимия исследует влияние магнитных полей на химические процессы. магнитохимия опирается на современную физику магнитных явлений. Изучение связи между магнитными и химическими свойствами позволяет выяснить особенности химического строения вещества.

 

   Магнитная дефектоскопия, метод поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов.

 

   Техника сверхвысокочастотного диапазона

Сверхвысоко частотный  диапазон (СВЧ) -  частотный диапазон электромагнитного излучения (100¸300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области

 

  Связь. Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами около 50 км.

 

   Термообработка пищевых продуктов. СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

  Быстрый  прогресс в области СВЧ-техники  в значительной мере связан  с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

  Магнетрон. В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора