Влияние зернограничного фазового перехода смачивания границ зерен на микроструктуру редкоземельных постоянных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B

Выше проанализированы фазовые переходы смачивания границ зерен жидкой фазой. Было показано, что при повышении температуры в целом ряде систем энергия

Влияние зернограничного фазового перехода смачивания границ зерен на микроструктуру редкоземельных постоянных магнитов на основе сплавов системы Nd-Fe-B

Дипломная работа

Разное

Другие дипломы по предмету

Разное

Сдать работу со 100% гаранией

Содержание

 

Введение

1. Фазовые переходы "смачивания" границ зерен жидкой или твёрдой фазой

1.1 Фазовые переходы смачивания границ зерен жидкой фазой

1.2 Фазовые переходы "смачивания" границ зерен второй твердой фазой

1.3 Применение магнитов Nd-Fe-B

1.4 Характеристики магнитных сплавов системы Nd-Fe-B

1.5 Технология производства спеченных магнитов из сплавов системы Nd-Fe-B методами порошковой металлургии

1.5.1 Получение сплавов

1.5.2 Измельчение сплавов

1.5.3 Компактирование

1.5.4 Спекание

1.5.5 Термообработка

1.6 Влияние различных режимов термообработок на магнитные свойства образцов спеченных магнитов Nd-Fe-B

2. Методика исследования

2.1 Подбор образцов и режимов обработки

2.2 Металлографический анализ

2.3 Анализ микроструктур

2.4 Исследования образцов методом электронной микроскопии

2.4.1 Растровая электронная микроскопия

3. Результаты и обсуждение

Список использованных источников

 

Введение

 

Среди бесчисленного множества современных металлических материалов особое место занимают магнитномягкие и магнитотвердые прецизионные сплавы. К магнитотвердым сплавам относятся материалы, имеющие высокую коэрцитивную силу, т.е. способные сохранять намагниченное состояние при воздействии больших отрицательных магнитных полей. Магнитотвердые материалы с высоким значением остаточной намагниченности находят бесчисленные области применения в качестве постоянных магнитов - практически неиссякаемых источников статического магнитного поля. Помимо бытовых приборов, они применяются в изделиях электротехнической, радиоэлектронной, автомобильной, авиационной и многих других отраслей промышленности, науки и техники, медицины.

На сегодняшний день наилучшими магнитными свойствами обладают редкоземельные постоянные магниты на основе сплавов системы Nd-Fe-B, которые связывают со свойствами фазы Nd2Fe14B, обладающей наибольшей величиной магнитной энергии (BH) max достигающей около 520 кДж/м³ (56 МГс·Э). Поэтому соединение Nd2Fe14B является наиболее подходящим материалом для получения постоянных магнитов. Соединение Nd2Fe14B является одноосным ферромагнетиком с большим полем анизотропии (На = 7,2 МА/м) и имеет самую высокую намагниченность насыщения (4πIs = 1,59 Тл). Основным недостатком этого соединения является низкая температура Кюри, около 585 К (312 ºС).

В микроструктуре спеченных магнитов на основе интерметаллического соединения Nd2Fe14B могут присутствовать в небольших количествах фаза NdFe4B4 и немагнитная фаза, обогащенная неодимом (примерный состав Nd70Fe30), которые обычно располагаются по границам зерен основной фазы Nd2Fe14B.

1. Фазовые переходы "смачивания" границ зерен жидкой или твёрдой фазой

 

Проанализируем сначала фазовые переходы смачивания границ зерен жидкой фазой. Потом, на основе описанных явлений, рассмотрим фазовые переходы "смачивания" границ зерен второй твердой фазой.

 

1.1 Фазовые переходы смачивания границ зерен жидкой фазой

 

Зернограничные переходы смачивания происходят, в принципе, независимо от кристаллографических параметров границ зерен, но определяются главным образом составом образца и не наблюдаются в однокомпонентных образцах.

Лишь сравнительно недавно стало ясно, что переход от неполного (контактный угол q больше нуля) к полному (q равное нулю) смачиванию твердой подложки жидкостью представляет собой нормальный фазовый переход (фазовый переход смачивания). После того, как Кан теоретически предсказал возможность фазовых переходов смачивания [1], их изучение (главным образом это относится к твердым подложкам и смесям жидкостей) привлекало пристальное внимание как теоретиков, так и экспериментаторов [2-4]. Для жидкостей на поверхностях твердого тела был обнаружен, в частности, гистерезис, свойственный фазовым переходам I рода, и измерены значения скачка производной поверхностной энергии [5, 6]. Экспериментальных данных о явлениях смачивания на внутренних границах раздела в твердых телах (границах зерен и фаз) на данный момент собрано уже немало [7].

Их существенное различие состоит в том, что при смачивании внешней поверхности в равновесии находятся три фазы: твердая, жидкая и газообразная или твердая и две жидких. При смачивании границ зерен в контакте между собой только две фазы: жидкая и твердая, содержащая границу зерен, как показано на рисунке 1.

 

а) - Tc < Tw граница зерен смочена неполностью. Контактный угол q >0;

б) - Tc > Tw граница зерен смочена полностью. q = 0;

в) - схема температурных зависимостей 2sSL (T), sGB1 (T) и sGB2 (T). Они пересекаются между собой при температурах Tw1 и Tw2 зернограничного фазового перехода смачивания;

г) - схема температурных зависимостей контактного угла q, соответствующих кривым на рисунке 1. в.

Рисунок 1 - Бикристалл в контакте с жидкой фазой [8]

 

Поэтому величина контактного угла qGB в месте выхода границы зерен на поверхность раздела твердой и жидкой фаз определяется тоже только двумя значениями поверхностных энергий (энергией границы зерен sGB и энергией межфазной границы раздела твердой и жидкой фаз sSL), а не тремя, как в обычных экспериментах (см. рисунок 1. а). Энергию границ зерен sGB можно найти по зависимости

 

sGB = 2sSL cos (qGB /2). (1)

 

Что же представляет собой зернограничный фазовый переход смачивания? Рассмотрим контакт между бикристаллом и жидкой фазой L (см. рисунок 1). Если энергия sGB границы зерен ниже, чем энергия двух межфазных границ раздела твердой и жидкой фаз 2sSL, то граница зерен не полностью смочена жидкой фазой, и контактный угол qGB больше нуля (см. рисунок 1. а). Если энергия границы зерен больше, чем 2sSL, то граница зерен полностью смочена жидкой фазой и контактный угол q равен нулю (см. рисунок 1. б). В этом случае граница зерен не может существовать в равновесии с жидкой фазой, и должна исчезнуть, будучи заменена на прослойку жидкой фазы.

В ряде систем переход от неполного смачивания границы зерен жидкой фазой к полному смачиванию может происходить при изменении температуры. Рассмотрим схему зависимостей энергий sGB и sSL от температуры (см. рисунок 1. в). Если эти температурные зависимости 2sSL (T) и sGB (T) пересекаются, то при температуре их пересечения Tw происходит зернограничный фазовый переход смачивания. В этом случае контактный угол qGB в месте выхода границы зерен на поверхность раздела твердой и жидкой фаз постепенно понижается по мере повышения температуры и становится равным нулю при температуре фазового перехода смачивания Tw (см. рисунок 1. г). При температурах выше Tw контактный угол остается равным нулю. На объемной фазовой диаграмме при этом появляется еще одна линия, но не обычная линия объемного фазового перехода, а "зернограничная". Это - конода зернограничного фазового перехода смачивания при температуре Tw в двухфазной области S+L на диаграмме, в которой находятся в равновесии твердая и жидкая фазы. Смысл этой линии состоит в том, что выше нее граница зерен не может существовать в равновесии с жидкой фазой и должна исчезнуть. Такое "исчезновение" границы зерен при температуре Tw и есть зернограничный фазовый переход смачивания. Жидкая фаза выше Tw должна образовать слой, разделяющий отдельные твердые кристаллиты друг от друга. Уменьшение контактного угла с температурой до нуля впервые наблюдалось на двухфазных поликристаллах в системах Zn-Sn [8], Al-Sn [8-10], Al-Cd [9], Al-In [9], Al-Pb [8] и Ag-Pb [11].

Однако, данные полученные на поликристаллах, трудно использовать для корректного описания зернограничных фазовых переходов смачивания. Это связано с тем, что, во-первых, границы зерен в поликристаллических образцах подходят под разными углами к поверхности шлифа, что не позволяет точно измерить значения контактного угла qGB. Во-вторых, в таких экспериментах можно получить лишь значения qGB, усредненные по множеству границ в поликристалле. Однако при усреднении qGB по многим границам важные особенности зернограничного фазового перехода смачивания "смазываются", поскольку свойства границ зерен очень сильно зависят от их кристаллографических параметров. Следовательно, q необходимо измерять на индивидуальных границах в бикристаллах. Только в этом случае граница зерен будет расположена перпендикулярно плоскости шлифа, а кристаллографические параметры границы могут быть намеренно заданы при выращивании бикристалла.

Если две границы зерен имеют разные энергии, то фазовый переход смачивания будет наступать при разных температурах: чем выше энергия границы sGB, тем при более низкой температуре Tw будет лежать точка пересечения температурных зависимостей 2sSL (T) и sGB (T) (см. рисунок 1. в). На рисунке (см. рисунок 1. г) схематически показаны температурные зависимости контактного угла для двух границ зерен с разной энергией. Таким образом, в двухфазной области S+L на объемной фазовой диаграмме должно существовать целое семейство линий зернограничного фазового перехода смачивания для границ зерен с разной энергией. Следовательно, измерять Tw в поликриста

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>