СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C22C1/04 H01F1/47 

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к получению сплавов для изготовления магнитных материалов, содержащих редкоземельные металлы, переходные металлы (железо, кобальт и др.), и может быть использовано при переработке оксидов редкоземельных металлов непосредственно в слитки сплавов, используемых для производства постоянных магнитов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения сплавов для изготовления магнитного материала.

По этому способу сплав для изготовления магнитного материала получают совместным карботермическим восстановлением смеси окислов редкоземельных металлов (Nd, Рr и др.), переходных металлов (Fe, Co), легирующих металлов (Zr, Al, Тi, V и др.) и элементов внедрения (В, С). Совместное восстановление проводят по реакции:
а R₂O₃ + b Fe₂O₃ + c B₂О₃ + d B₄C + e Fe + f M + g C R_2aFe_2b+cμ+ B_2c+4d x C_g+d-3(a+b+c)+ 3(a+b+c) ˙CO где коэффициенты а, b, c, d, e, f, g подбирают таким образом, чтобы химический состав сплавов удовлетворял требованиям магнитного материала (R - редкоземельные металлы, М - легирующие металлы).

Экспериментально определено, что совместное восстановление оксидов в присутствии оксидов В и Fe происходит при более низких температурах, чем восстановление оксида R углеродом. Избыточный углерод выделяется в виде свободного (графита). Получен материал следующего состава, мас.%:
Nd 25,4; O₂ 0,06; В 0,98; С_общ. 2,08; С_своб. 2,0.

Однако приведенный в прототипе способ получения сплавов неустойчив.

Неустойчивость процесса связана с тем, что если проводить реакцию восстановления по приведенной схеме, тогда наряду с основной реакцией (образование сложных оксидов R_хBO₃, RFeO₃, их восстановления и взаимодействия с жидким железом) осуществляются и другие реакции, а именно восстановление Fe₂O₃ и карбидизация железа, образование сложных оксидов FeBO₃ и их восстановления до карбоборидов Fe₂₃(C₁B)₆ и Fe₃(C₁B).

Условие совместного восстановления оксидов R, Fe и В не соблюдается, при этом восстановленные карбобориды Fe не оказывают влияния на восстановление оксида R по схеме:
R₂O₃ + 7C _→ R₂C₂O₂ + 4C + CO _→ 2RC₂ + 2CО Последняя реакция останавливается на стадии образования карбоксида R₂C₂O₂.

Основная реакция восстановления сплава заданного состава и сопутствующие реакции проявляются одновременно в той или иной степени, что сказывается на степени извлечения R из оксида в слиток. К тому же описанный в прототипе способ характеризуется повышенным содержанием углерода в сплаве.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Повышение устойчивости процесса и увеличение полноты извлечения восстановленного Nd достигается тем, что в качестве исходного сырья используются двойные оксиды NdFeO₃ и NdBO₃. Двойные оксиды получают известными методами (спеканием). Полученные двойные оксиды NdFeO₃ и NdBO₃ смешивают с углеродом в соотношении.

NdFeO₃ + NdBO₃ + {6.4-6.7} C и брикетируют. Брикеты смешивают с кусковым железом (или лигатурами железа с легирующими элементами), полученную шихту загружают в керамические тигли, далее процесс проводят по схеме, предложенной в прототипе.

Снижение содержания углерода в слитке осуществляют введением части железа в виде окатышей с содержанием кислорода 2 мас.%.

Таким образом, отличия заявляемого способа от прототипа приводят к повышению устойчивости процесса, полноты извлечения восстановленного Nd из оксида и следовательно, к повышению магнитных свойств материала.

П р и м е р 1. Готовили шихту состава:
4Nd₂O₃ + Fe₂O₃ + 2B₂O₃ + 44Fe + 32C Режимы восстановления проводили по способу, указанному в прототипе. Содержание элементов в слитке варьировалось, мас.%: Nd 4-25; O₂ 0,2; C 1-2, причем большая часть углерода - в виде свободного. Как правило, не удавалось получить слиток, в большинстве случаев в полученных материалах наблюдали слиток и застывший в слитке спек. В спеке наблюдалось высокое содержание Nd (от 40 до 70%) и кислорода ( от 5 до 11% ). Рентгенографически установлено, что Nd в спеке находился в карбоксидной или оксидной формах и может быть использован для получения сплавов.

П р и м е р 2. Шихта и режимы аналогичны примеру 1. Оксиды Nd₂O₃спекались с Fe₂O₃ и Н₃ВO₃ раздельно для получения NdFeO₃ и NdВO₃. Двойные оксиды смешивали с углеродом и брикетировали. Далее составляли шихту, в которой брикеты смешивали с железным порошком с содержанием кислорода 0,01 мас.%. Устойчиво получались слитки из двух половин, при этом состав одной из составляющих, мас.%: Nd до 60; В от 0,5 до 2; С 0,5-1, причем большинство углерода в обоих составляющих - в виде свободного. Содержание углерода в слитках повышенное, в связи с чем максимальные магнитные свойства не могут быть получены для данного типа сплавов.

П р и м е р 3. Шихта, режимы и способ закладки шихтовых материалов аналогичны примеру 2, однако вместо железного порошка с содержанием кислорода 0,01 мас.% использовали окатыши с содержанием кислорода 2 мас.%. Часть режимов проводили, закладывая в шихту ферротитан и феррованадий. Устойчиво получались слитки из двух-трех составляющих.

Составы составляющих:
Нелегированные слитки мас.%:
I Nd 0; B 2-3; С 0,5; Fe - остальное
II Nd 25-30; В 0,5-1; С 0,2; Fe - остальное
III Nd 90-95; Fe 2-3; В 0,2; С 0,1.

Слитки, легированные ферротитаном и феррованадием, не отличались друг от друга и разделялись на две составляющие.

I Nd 0; В 1-3; С 0,5; Fe + ТI(V) - остальное
II Nd 60-80; В 0,5; С 0,1; Fe + ТI(V) - остальное
Комбинируя составляющие при последующих пределах, можно получить любой состав сплава, в том числе и с максимальными магнитными свойствами.

П р и м е р 4. Шихта, режимы и способы закладки шихты аналогичны примеру 3, однако вместо окатышей с содержанием кислорода 2 мас.% использовали окатыши с содержанием кислорода 3 мас.%. Получался слиток следующего состава, мас. % Nd 10-15; В 0,5-1; С 1-2; Fe - остальное. Повышение содержания кислорода в железных окатышах привело к значительному снижению содержания восстановленного Nd в слитке.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения сплава для изготовления постоянных магнитов позволяет получить в ходе устойчивого процесса восстановления высокое содержание Nd в слитке и, следовательно, сплав с высокими магнитными свойствами.

Использование: в области металлургии сплавов, преимущественно для получения сплавов для изготовления магнитных материалов, содержащих редкоземельные металлы, переходные металлы (Fe, Co и др.) легирующие металлы (Zr, Al, Ti, V и др.) и элементы внедрения (В, С). Сущность изобретения: способ включает совместное восстановление смеси окислов редкоземельных металлов, переходных металлов, легирующих металлов и элементов внедрения карботермическим способом. При этом в качестве сырья используют сложные окислы NdFeO₃ и NdBO₃ окатыши железа с содержанием кислорода 2 мас.% и ферросплавы. Окислы NdFeO₃ и NdBO₃ и углерод вводят в шихту в виде окомкованных брикетов, а железные окатыши и ферросплавы вводят в шихту отдельно.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий совместное карботермическое восстановление шихты, содержащей смесь оксидов редкоземельных металлов, переходных металлов и элементов внедрения, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов в шихте используют двойные оксиды Nd FeO₃ и Nd BO₃, окатыши железа с содержанием кислорода 1,5 - 2,5 мас. % и ферросплавы, причем двойные оксиды и углерод предварительно брикетируют.