Синтез и влияние водорода на магнитные свойства псевдобинарных сплавов (Sm1-хНох)2Fe17 (х = 0.2; 0.4)

Светлана

23.11.2020 в 17:07

Здравствуйте, Евгения Сергеевна!
Благодарю Вас за вопрос.

Поскольку соединения на основе R2Fe17 являются очень перспективными высокоэнергетическими магнитами и находят широкое применение в различных отраслях науки и техники. В настоящее время практически не найти отрасль техники, в которой бы не использовались системы с постоянными магнитами. Будь то радио- или акустика, СВЧ- или компьютерная техника, автоматика или измерительная техника, электро- или теплоэнергетика, металлургия или строительство, авто- или железнодорожный транспорт, медицина или сельское хозяйство, обогащение руд, очистка сыпучих продуктов от посторонних включений — всюду мы встречаем постоянные магниты. Они стали неотъемлемой частью нашей жизни. И с каждым днем области применения редкоземельных магнитов становятся все шире. Двигатели и генераторы, тормозные устройства и устройства бесконтактной передачи положения, захваты и подвесы, сепараторы и дефектоскопы, системы безопасности и замки — вот далеко не полный перечень технических устройств, в которых применяются постоянные магниты.

Перечисленные области применения могут считаться потенциальными и для исследуемых соединений (Sm,Ho)2Fe17Nу (у = 0; 2.4). Уже сейчас на основании проведенных исследований могу отметить, что данные соединения являются стабильными и характеризуются устойчивостью к коррозии и окислению по прошествии достаточно длительного времени (проверяли образцы спустя 2 года с момента их синтеза). У известных незамещенных нитридов Sm2Fe17Ny имеется превосходная температурная стабильность. Гольмий в материалах на основе R2Fe17 не ухудшает этого свойства. Напротив, известно, что добавление тяжелых редкоземельных элементов, таких как Dy или Tb усиливает коэрцитивность Nd-Fe-B магнитов в связи с увеличением поля магнитной анизотропии. Кроме того, замена части атомов неодима на атомы гольмия позволяет получить термостабильные магниты [1, 2]. Самариевые магниты «не боятся» эксплуатации при высоких температурах в отличие от известных неодимовых магнитов Nd2Fe14B (недостатки неодимовых магнитов – хрупкие, быстро ржавеют и теряют свои мощные магнитные свойства при нагреве). Это очень важно. Наглядным примером может служить проект международного экспериментального термоядерного реактора (ITER): сверхпроводящий магнит будет удерживать внутри тороидального поля плазму с температурой около 150 млн ºC!!! Каждый из пакетов обмотки в форме буквы D имеет массу около 110 тонн (примерно, как самолёт «Боинг-747». Размеры — 14 на 9 м, толщина около 1 м.). Конечно, небольшое добавление гольмия не удешевляет наш магнитотвердый материал, однако, если этот материал будет интересен промышленным производителям за счет его функциональных свойств, то это не станет преградой для его производства. Напомню, что в настоящее время в литературе данные о структуре и магнитных свойствах самарий-гольмий замещенных нитридах на основе соединений типа 2-17 до и после их измельчения отсутствуют. А ведь раскрытие физических механизмов, ответственных за изменение температуры Кюри, в таких соединениях позволили бы открыть новые стороны для использования их в качестве магнитотвердых материалов. Другая важная характеристика магнито-упорядоченных веществ – магнитная анизотропия – также изменяется при введении атомов легких элементов в кристаллическую решетку. В некоторых случаях наблюдается изменение знака константы магнитной анизотропии. Физическая природа этого эффекта до сих пор не выяснена в должной степени. Необходимы дополнительные физические исследования нашего материала при комнатных и низких температурах при более высоких полях (более 60 Тл), чтобы суметь конкретизировать область применения наших нитридов. Так, впервые наши высокопольные исследования намагничивания измельченных порошков Sm1.2Но0.8Fe17N2.4 уже показали, что экспериментально определенное значение первого критического поля изменяется в зависимости от времени измельчения. Однако эта зависимость не является линейной. Наибольшее критическое поле наблюдается для порошков со временем измельчения от 15 до 45 минут. Величина второго критического поля также определяется расчетами. Показано, что внешние магнитные поля величиной 70 Тл и выше смогут полностью развернуть магнитные моменты Sm, Fe и Ho в одном направлении, а в порошке нитридов Sm1.2Но0.8Fe17N2.4, вероятно, будет реализовано ферромагнитное состояние.

Сегодня основными областями применения самариевых магнитов являются:

электродвигатели, генераторы, стартеры, электромеханические приборы,
акустические системы,
тормозные системы,
системы магнитной сепарации,
подъемные системы,
спутниковые системы
электронные усилители сигналов,
приводы жестких дисков компьютеров,
датчики перемещения,
тралы, мототехника, бензопилы, лодочные моторы, мотоциклы, снегоходы,
лампы бегущей волны, линейные приводы и т.д. (ВСЁ ЭТО ОЧЕНЬ АКТУАЛЬНО!)

Таким образом, установлено, что использование многокомпонентных систем открывает возможность создания новых магнитных материалов с необходимым комплексом магнитных свойств в заданной области температур и полей, что крайне важно для их дальнейшего прикладного применения.

Пользуясь случаем, я бы хотела выразить огромную благодарность за помощь в исследовании научным консультантам: профессору, д.х.н. Вербецкому В.Н. и д.ф.-м.н. Терешиной И.С. Отдельная благодарность за помощь в проведении высокополевых измерений образцов в лаборатории сильных магнитных полей в г. Дрезден.

Литература:

1. И.С. Терёшина, Н.В. Кудреватых, Е.А. Терёшина, Г.С. Бурханов, О.Д. Чистяков, Гистерезисные свойства наноструктурированных сплавов Nd-Ho-Fe-Co-B, Известия РАН. Серия физическая, 2010, том 74, № 10, с. 1456-1458.
2. I.S. Tereshina, I.A. Pelevin, E.A. Tereshina., G.S. Burkhanov, К. Rogacki, M. Miller, N.V. Kudrevatykh, P.E. Markin, A.S. Volegov, R.M. Grechishkin, S.V. Dobatkin, L. Schultz, Magnetic hysteresis properties of nanocrystalline (Nd,Ho)-(Fe,Co)-B alloy after melt spinning, severe plastic deformation and subsequent heat treatment, J. Alloy. Compd. 681 (2016) 555-560.

Комментариев: 3

Евгения Жуковская

22.11.2020 в 23:35

Здравствуйте! Скажите, пожалуйста, где конкретно могут использоваться синтезированные вещества и насколько экономически выгодно может быть их использование?
Светлана

23.11.2020 в 17:07

Здравствуйте, Евгения Сергеевна!
Благодарю Вас за вопрос.

Поскольку соединения на основе R2Fe17 являются очень перспективными высокоэнергетическими магнитами и находят широкое применение в различных отраслях науки и техники. В настоящее время практически не найти отрасль техники, в которой бы не использовались системы с постоянными магнитами. Будь то радио- или акустика, СВЧ- или компьютерная техника, автоматика или измерительная техника, электро- или теплоэнергетика, металлургия или строительство, авто- или железнодорожный транспорт, медицина или сельское хозяйство, обогащение руд, очистка сыпучих продуктов от посторонних включений — всюду мы встречаем постоянные магниты. Они стали неотъемлемой частью нашей жизни. И с каждым днем области применения редкоземельных магнитов становятся все шире. Двигатели и генераторы, тормозные устройства и устройства бесконтактной передачи положения, захваты и подвесы, сепараторы и дефектоскопы, системы безопасности и замки — вот далеко не полный перечень технических устройств, в которых применяются постоянные магниты.

Перечисленные области применения могут считаться потенциальными и для исследуемых соединений (Sm,Ho)2Fe17Nу (у = 0; 2.4). Уже сейчас на основании проведенных исследований могу отметить, что данные соединения являются стабильными и характеризуются устойчивостью к коррозии и окислению по прошествии достаточно длительного времени (проверяли образцы спустя 2 года с момента их синтеза). У известных незамещенных нитридов Sm2Fe17Ny имеется превосходная температурная стабильность. Гольмий в материалах на основе R2Fe17 не ухудшает этого свойства. Напротив, известно, что добавление тяжелых редкоземельных элементов, таких как Dy или Tb усиливает коэрцитивность Nd-Fe-B магнитов в связи с увеличением поля магнитной анизотропии. Кроме того, замена части атомов неодима на атомы гольмия позволяет получить термостабильные магниты [1, 2]. Самариевые магниты «не боятся» эксплуатации при высоких температурах в отличие от известных неодимовых магнитов Nd2Fe14B (недостатки неодимовых магнитов – хрупкие, быстро ржавеют и теряют свои мощные магнитные свойства при нагреве). Это очень важно. Наглядным примером может служить проект международного экспериментального термоядерного реактора (ITER): сверхпроводящий магнит будет удерживать внутри тороидального поля плазму с температурой около 150 млн ºC!!! Каждый из пакетов обмотки в форме буквы D имеет массу около 110 тонн (примерно, как самолёт «Боинг-747». Размеры — 14 на 9 м, толщина около 1 м.). Конечно, небольшое добавление гольмия не удешевляет наш магнитотвердый материал, однако, если этот материал будет интересен промышленным производителям за счет его функциональных свойств, то это не станет преградой для его производства. Напомню, что в настоящее время в литературе данные о структуре и магнитных свойствах самарий-гольмий замещенных нитридах на основе соединений типа 2-17 до и после их измельчения отсутствуют. А ведь раскрытие физических механизмов, ответственных за изменение температуры Кюри, в таких соединениях позволили бы открыть новые стороны для использования их в качестве магнитотвердых материалов. Другая важная характеристика магнито-упорядоченных веществ – магнитная анизотропия – также изменяется при введении атомов легких элементов в кристаллическую решетку. В некоторых случаях наблюдается изменение знака константы магнитной анизотропии. Физическая природа этого эффекта до сих пор не выяснена в должной степени. Необходимы дополнительные физические исследования нашего материала при комнатных и низких температурах при более высоких полях (более 60 Тл), чтобы суметь конкретизировать область применения наших нитридов. Так, впервые наши высокопольные исследования намагничивания измельченных порошков Sm1.2Но0.8Fe17N2.4 уже показали, что экспериментально определенное значение первого критического поля изменяется в зависимости от времени измельчения. Однако эта зависимость не является линейной. Наибольшее критическое поле наблюдается для порошков со временем измельчения от 15 до 45 минут. Величина второго критического поля также определяется расчетами. Показано, что внешние магнитные поля величиной 70 Тл и выше смогут полностью развернуть магнитные моменты Sm, Fe и Ho в одном направлении, а в порошке нитридов Sm1.2Но0.8Fe17N2.4, вероятно, будет реализовано ферромагнитное состояние.

Сегодня основными областями применения самариевых магнитов являются:

электродвигатели, генераторы, стартеры, электромеханические приборы,
акустические системы,
тормозные системы,
системы магнитной сепарации,
подъемные системы,
спутниковые системы
электронные усилители сигналов,
приводы жестких дисков компьютеров,
датчики перемещения,
тралы, мототехника, бензопилы, лодочные моторы, мотоциклы, снегоходы,
лампы бегущей волны, линейные приводы и т.д. (ВСЁ ЭТО ОЧЕНЬ АКТУАЛЬНО!)

Таким образом, установлено, что использование многокомпонентных систем открывает возможность создания новых магнитных материалов с необходимым комплексом магнитных свойств в заданной области температур и полей, что крайне важно для их дальнейшего прикладного применения.

Пользуясь случаем, я бы хотела выразить огромную благодарность за помощь в исследовании научным консультантам: профессору, д.х.н. Вербецкому В.Н. и д.ф.-м.н. Терешиной И.С. Отдельная благодарность за помощь в проведении высокополевых измерений образцов в лаборатории сильных магнитных полей в г. Дрезден.

Литература:

1. И.С. Терёшина, Н.В. Кудреватых, Е.А. Терёшина, Г.С. Бурханов, О.Д. Чистяков, Гистерезисные свойства наноструктурированных сплавов Nd-Ho-Fe-Co-B, Известия РАН. Серия физическая, 2010, том 74, № 10, с. 1456-1458.
2. I.S. Tereshina, I.A. Pelevin, E.A. Tereshina., G.S. Burkhanov, К. Rogacki, M. Miller, N.V. Kudrevatykh, P.E. Markin, A.S. Volegov, R.M. Grechishkin, S.V. Dobatkin, L. Schultz, Magnetic hysteresis properties of nanocrystalline (Nd,Ho)-(Fe,Co)-B alloy after melt spinning, severe plastic deformation and subsequent heat treatment, J. Alloy. Compd. 681 (2016) 555-560.
1. Евгения Жуковская
  
  24.11.2020 в 01:11
  
  Спасибо за такой развернутый ответ, Светлана Владимировна!

Синтез и влияние водорода на магнитные свойства псевдобинарных сплавов (Sm1-хНох)2Fe17 (х = 0.2; 0.4)

Выходные данные

Вернуться ко всем постерам

Комментариев: 3