Сравнение способов получения анизотропных магнитотвердых порошков Nd–Fe–B методом HDDR

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрен метод получения анизотропных магнитотвердых порошков Nd–Fe–B с помощью процесса гидрирования, диспропорционирования, десорбции и рекомбинации (Hydrogenation–Disproportionation–Desorption–Recombination, HDDR), застехиометрического по Nd относительно фазы сплава Nd2Fe14B. Изучены два различных подхода к технологии – динамический и твердофазный HDDR-процессы. Показана принципиальная зависимость магнитных гистерезисных свойств порошков от давления водорода и скорости его увеличения на стадии диспропорционирования. Установлено, что твердофазный HDDR позволяет получать порошки с лучшими магнитными гистерезисными свойствами по сравнению с динамическим HDDR.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Иванов

Институт естественных наук и математики, УрФУ; Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ilya.ivanov@urfu.ru
Россия, ул. Куйбышева, 48, Екатеринбург, 620000; ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. А. Голубятникова

Институт естественных наук и математики, УрФУ

Email: ilya.ivanov@urfu.ru
Россия, ул. Куйбышева, 48, Екатеринбург, 620000

Н. В. Селезнева

Институт естественных наук и математики, УрФУ

Email: ilya.ivanov@urfu.ru
Россия, ул. Куйбышева, 48, Екатеринбург, 620000

А. В. Протасов

Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН

Email: ilya.ivanov@urfu.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. С. Волегов

Институт естественных наук и математики, УрФУ

Email: ilya.ivanov@urfu.ru
ул. Куйбышева, 48, Екатеринбург, 620000

Список литературы

  1. Takeshita T., Nakayama R. Magnetic properties and microstructures of the NdFeB magnet powder produced by hydrogen treatment // Proceedings of the 10th International Workshop on Ra-re-Earth Magnets and Their Applications. 1989. P. 551.
  2. Poenaru I., Patroi E.A., Patroi D., Iorga A., & Manta E. HDDR as advanced processing method and recycling technology to address the rare-earth resource criticality in high performance Nd2Fe14B magnets production // J. Magn. Magn. Mater. 2023. 170777.
  3. Habibzadeh A., Kucuker M.A., Gökelma M. Review on the Parameters of Recycling NdFeB Magnets via a Hydrogenation Process // ACS omega. 2023. 8(20). P. 17431–17445.
  4. Lixandru A., Poenaru I., Güth K., Gauß R., Gutfleisch O. A systematic study of HDDR processing conditions for the recycling of end-of-life Nd-Fe-B magnets // J. Alloys Compounds. 2017. 724. P. 51–61.
  5. Sepehri-Amin H., Dirba I., Tang X., Ohkubo T., Schrefl T., Gutfleisch O., Hono K. Development of high coercivity anisotropic Nd-Fe-B/Fe nanocomposite powder using hydrogenation disproportionation desorption recombination process // Acta Mater. 2019. V. 175. P. 276–285.
  6. Maltseva V.E., Andreev S.V., Neznakhin D.S., Urzhumtsev A.N., Selezneva N.V., Volegov A.S. The magnetic properties of a NdFeB permanent magnets prepared by selective laser sintering // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123(8). P. 740–745.
  7. Sugimoto S., Book D. HDDR Process for the Production of High Performance Rare-Earth Magnets // Handbook of Advanced Magn. Mater. 2006. V. 1. P. 977–1007.
  8. Sugimoto S., Gutfleisch O., Harris I.R. Resistivity measurements on hydrogenation disproportionation desorption recombination phenomena in Nd-Fe-B alloys with Co, Ga and Zr additions // J. Аlloys Сompounds. 1997. V. 260. № 1–2. P. 284–291.
  9. Gutfleisch O., Harris I.R. Fundamental and practical aspects of the hydrogenation, disproportionation, desorption and recombination process // J. Phys. D: Appl. Phys. 29. V. 9. 1996. P. 2255.
  10. Gutfleisch O., Khlopkov K., Teresiak A., Muller K.H., Drazic G., Mishima C., Honkura Y. Memory of texture during HDDR processing of NdFeB // IEEE Тrans. Magn. 2003. V. 39(5). P. 2926–2931.
  11. Gutfleisch O., Matzinger M., Fidler J., Harris I.R. Characterisation of solid-HDDR processed Nd16Fe76B8 alloys by means of electron microscopy // J. Magn. Magn. Mater. 1995. V. 147(3). P. 320–330.
  12. Sepehri-Amin H., Ohkubo T., Hono K., Güth K., Gutfleisch O. Mechanism of the texture development in hydrogen-disproportionation–desorption-recombination (HDDR) processed Nd–Fe–B powders // Acta Mater. 2015. V. 85. P. 42–52.
  13. Güth K., Woodcock T.G., Schultz L., Gutfleisch O. Comparison of local and global texture in HDDR processed Nd–Fe–B magnets // Acta Mater. 2011. V. 59(5). P. 2029–2034.
  14. Ragg O.M., Keegan G., Nagel H., Harris I.R. The HD and HDDR processes in the production of Nd-Fe-B permanent magnets // Intern. J. Hydrogen Energy. 1997. V. 22(2–3). P. 333–342.
  15. Gutfleisch O., Martinez N., Verdier M., Harris I.R. Phase transformations during the disproportionation stage in the solid HDDR process in a Nd16Fe76B8 alloy // J. Alloys Сompounds. 1994. V. 215(1–2). P. 227–233.
  16. Cha H.R., Yu J.H., Baek Y.K., Kwon H.W., Kim Y.D., Lee J.G. The influence of dehydrogenation speed on the microstructure and magnetic properties of Nd-Fe-B magnets prepared by HDDR process // J. Magn. 2014. V. 19(1). P. 49–54.
  17. Mishima С., Hamada N., Mitarai H., and Honkura Y. Magnetic properties of NdFeB anisotropic magnet powder producedfme by the d-HDDR method / In Proc. 16th Int. Workshop RE Magnets and their Applications. 2000. P. 873.
  18. Vasilenko D.Y., Shitov A.V., Popov A.G., Gaviko V.S., Bratushev D.Y., Podkorytov K.I., Golovnya O.A. Magnetic hysteresis properties and microstructure of high-coercivity (Nd, Dy)–Fe–B magnets with Dy less than 10 wt% and low oxygen // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123(2). P. 145–154.
  19. Sheridan R.S., Williams A.J., Harris I.R., Walton A. Improved HDDR processing route for production of anisotropic powder from sintered NdFeB type magnets // J. Magn. Magn. Mater. V. 350. P. 114–118.
  20. Wang L., Zhang M.G., Guo J.D., Zhang B.H., Xu X.H. The reaction mechanism in the hydrothermal synthesis of Nd2Fe14B magnetic particles // J. Solid State Chem. 2021. 296. P. 122003.
  21. Mushnikov N.V., Terent’ev P.B., and Rosenfel’d E.V. Magnetic Anisotropy of the Nd2Fe14B Сompound and Its Hydride Nd2Fe14BH4 // The Phys. Met. Metal. 2007. V. 103. N. 1. Р. 39–50.
  22. Mishima C., Hamada N., Mitarai H., Honkura Y. Development of a Co-free NdFeB anisotropic bonded magnet produced from the d-HDDR processed powder // IEEE Trans. Magn. 2001. V. 37. № 4. 2467–2470.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изменение структуры в ходе HDDR-процесса: (а) исходный сплав с крупными зернами Nd2Fe14B и Nd; (б) проникновение водорода в сплав по межзеренной границе. Изменение структуры в ходе d-HDDR: (в) гидрирование зерен Nd2Fe14B проходит локально и распространяется фронтом; (д) в результате ранней стадии HD образуются тонкие пластины NdH2 и Fe2B, объединенные в мелкие колонии. Изменение структуры в ходе s-HDDR: (г) проникновение водорода происходит практически по всей границе зерна; (е) на ранней стадии HD образуются утолщенные пластины, образующие крупные колонии.

Скачать (231KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Формирование сферических зерен NdH2 и Fe2B в ходе окончания стадии HD (а); образование субмикронной структуры в пределах границ исходного зерна Nd2Fe14B в результате HDDR-процесса (б).

Скачать (258KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Принципиальная схема проведения d-HDDR с предварительным проведением реакции Hydrogen Decripitation (HDe) (а); Tдисп – температура начала диспропорционирования. Принципиальная схема проведения s-HDDR с предварительным проведением реакции HDe (б).

Скачать (125KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Дифрактограммы d- и s-HDDR-порошков, полученных при различных давлениях водорода (неотмеченные рефлексы соответствуют основной фазе Nd2Fe14B).

Скачать (221KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Предельные петли магнитного гистерезиса порошков d-HDDR, полученных при давлении водорода (а) 20 кПа и (б) 30 кПа. (в, г) – фактические схемы стадий HD в ходе увеличения температуры от T1 до T2 и начала стадий DR процессов d-HDDR: I – область, где водород из ампулы дополнительно не откачивали и участки уменьшения давления обусловлены сорбцией; II – область, где происходит преждевременная десорбция водорода в результате нарушения термодинамического равновесия в ходе нагрева (участки роста давления), водород откачивается с помощью вакуумного поста (вертикальные участки); III – откачивание ампулы (DR-стадия); 1 – охлаждение в результате десорбции, начинающейся в силу вакуумирования ампулы, 2 – участок медленного накачивания водорода в ампулу.

Скачать (333KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Характерный вид процесса нагрева сплава в среде водород/аргон и стадии HD на момент накачивания водорода в ходе s-HDDR. Штриховой линией выделены границы участков, где характерны: 1 – десорбция водорода; 2 – поглощение десорбированного водорода; 3, 5 – слабое поглощения водорода в ходе HD-стадии; 4 – активная сорбция в ходе HD-стадии.

Скачать (74KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Предельные петли магнитного гистерезиса, измеренные при ориентации оси текстуры вдоль прикладываемого поля, s-HDDR-порошков, синтезированных при давлении водорода 90 и 110 кПа.

Скачать (72KB)
Метаданные