Применение водорода в производстве РЗПМ

Обработка водородом редкоземельных магнит ных материалов

Применение водорода основывается на способности редкоземельных металлов обратимо поглощать значительные количества водорода. В результате обработки водородом магнитного сплава R-ТМ-В, образуется тройной гидрид R-ТМ-В-Н, R - редкоземельный металл, ТМ - 3d – переход-ный металл, В - бор, Н - водород. Междоузельное поглощение водорода редкоземельными магнитными материалами изменяет их свойства, такие как температура Кюри, магнитокристаллическая анизотропия, намагниченность и др. Это обстоятельство можно использовать для характеристики основных магнитных взаимодействий. Завершающий и, с термодинамической точки зрения более выгодным процесс, приводит к разделению фаз на фазу (R-H) и фазу (ТМ) (или их бориды), обеспечивая температуру и, следовательно, кинетику, достаточную для того, чтобы началась диффузия металла. Этот процесс обычно называется «диспропорционированием» или «декомпозицией». Если теперь полимерный продукт подвергнуть отжигу в вакууме, то при достаточной температуре гидрид (R-H) начнёт десорбировать водород с образованием редкоземельного металла (R), который сразу же рекомбинирует с другими компонентами, образуя первичный интерметаллический сплав (R-ТМ-В). Этот процесс является, по существу, реакцией в твердом состоянии, и приводит к получению хорошо очищенного магнитного сплава с измельчённой микроструктурой с характерным размером зерна около 300 нм.

Этот процесс известен под названием гидрогенизационной диспропорционированной десорбции и рекомбинации (HDDR - англ.) и может быть использован для улучшения магнитных, механических и микроструктурных свойств интерметаллических соединений, в том числе редкоземельных магнитных материалов.

Название процесса определяется заглавными буквами названий четырёх стадий этого процесса. Проще говоря, этот процесс можно назвать "водородное измельчение", как часто и поступают.

1. Гидрогенизация – обработка водородом магнитного сплава Nd₂Fe₁₄B, в результате которой происходит насыщение им фазы, богатой неодимом. В результате такого взаимодействия образуется первоначально две фазы: NdH_2.7 и Nd₂Fe₁₄B. При дальнейшей обработке водородом образуется только одна фаза: происходит образование межузельного раствора Nd₂Fe₁₄B-H_2.9.

2. Диспропорционирование – представляет собой распад фазы Nd₂Fe₁₄B-H_2.9 на NdH_2.7, Fe и Fe₂B, в процессе дальнейшей обработке сплава водородом. Диспропорционирование происходит в интервале темпе-ратур от 768 до 808^оС (рисунок 21).

3. Десорбция – представляет собой дальнейшее разложение фазы Nd₂Fe₁₄B-H_2.9при прекращении подачи водорода на Nd, Fe и Fe₂B. Для него характерен тот же интервал температур, что и при диспропорционировании (768-808)^оС.

4. Рекомбинация – это образование первичного сплава состава Nd₂Fe₁₄B, происходящее при понижении температуры.

Рисунок 21 – Изменение температуры процесса HDDR от времени

Термодинамика процесса гидрирования

Процесс измельчения как магнитных сплавов Nd-Fe-B, так и высоконеодимовых лигатур Nd-Fe проводят обычно при достаточно низких (до 300 ^оС) температурах и давлениях (до 3-5 атм.), поэтому при расчете термодинамических пара-метров процесс гидрирования железа, входящего в сплавы, можно не учитывать. Как видно из рисунка 22 процесс видимого взаимодейст-вия железа с водородом начинается с 600 ^оС [133].

Так как лигатура Nd-Fe является новым продуктом в магнитной промышленности, данные о физико-химических основах процесса её гидрирования в литературе отсутствуют. С другой стороны, имеются исчерпывающе данные по гидридному измельчению магнитных сплавов и металлического неодима (см. п. 2.1.3). Поэтому, термодинамику гидри-рования лигатуры можно рассматривать подобно гидрированию магнитного сплава Nd-Fe-B. Как следует из литературных источников [125] процесс гидрирования магнитного сплава Nd-Fe-B сводится к двум основным стадиям. Первая стадия процесса гидрирования - это поглощение водорода богатым Nd материалом на границах зерен, что необходимо для формирования NdH_2,7. Следующая стадия - это формирование междо-узельного Nd₂Fe₁₄В-Н раствора. В основе процессов HD и HDDR лежат следующие химические реакции:

Nd₂Fe₁₄B +1/2xH₂↔ Nd₂Fe₁₄BH_x, ΔH₁, (17)

Nd₂Fe₁₄B+(2±х)Н₂↔NdH_2±х + 12Fe + Fe₂B,ΔH₂. (18)

При комнатной температуре энтальпия первой реакции (ΔН₁), менее отрицательна, чем для второй реакции (ΔН₂), а поскольку раствор Nd₂Fe₁₄B-H_2.9 является метастабильном состоянии, вторая реакция в прямом направ-лении протекать практически не будет вследствие кинетического торможения. Состав гидрида (NdH), образующийся при этом, будет зависеть от температуры и давления водорода в соответствии с отношением давление-состав-температура.

В источнике [125] установлено, что при нагревании тройного сплава состава Nd-Fe-B, до температуры, превышающей 650 ⁰С, при атмосферном давлении водорода, фаза Nd-Fe-B-Н (или - Ф фаза) диспро-порционирует стехиометрически на смесь гидрида неодима, a-железа и борида железа. Смесь состоит: из стержней NdH₂_±_x, врезанных в матрицу α-Fe, и случайно распределенных зерен Fe₂B со средним размером ~100нм. Фазовая диаграмма Nd₂Fe₁₄B-H (рисунок 22) показывает области стабильности различных фаз в системе Nd-Fe-B-Н₂. Интересно отметить, что при более высоких температурах Ф-фаза снова стабильна даже в атмосфере водорода. Другими словами – Ф-фаза (Nd₂Fe₁₄B-H) является нестабильной лишь в определенной области Р-Т диаграммы. Подбором подходящего соотношения условий обработки сплавов различных составов, можно исполь-зовать процесс HDDR для производства магнитоанизотропного Nd-Fe-B порошка. Значение магнитной энергии даже для магнитопластов, полученных из этих порошков, не говоря уже о спечённых магнитах, может достигать 180 кДж/м³.

Рисунок 23 - Фазовая диаграмма системы Nd₂Fe₁₄B-H

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 283; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!