КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 18-72-00249
НазваниеНанокомпозиционные магнитотвердые материалы на основе фазы R2Fe17NX с повышенными гистерезисными характеристиками, полученные методами экстремальных воздействий
РуководительЩетинин Игорь Викторович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС", г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2018 - 06.2020 |
Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-207 - Магнитные явления
Ключевые словапостоянные магниты, нанокомпозиционные материалы, водородная обработка, азотирование, интенсивная пластическая деформация, закалка из жидкого состояния, высокоэнергетическое измельчение, R2Fe17Nx, нитрид, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность
Код ГРНТИ29.19.39, 29.19.22, 29.19.00
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время магнитотвердые материалы (МТМ) используются практически во всех сферах деятельности человека, начиная от приборов и устройств авиационно-космической и военной техники, приборостроения, транспорта, источников альтернативной энергии, компьютерной и бытовой техники и кончая адресной доставкой лекарств в биомедицине. Дальнейшее развитие всех отраслей промышленности, использующих МТМ, неразрывно связано с повышением их функциональных свойств и, прежде всего, гистерезисных характеристик. В связи с тем, что за последние 25-30 лет новых соединений и сплавов, обладающих более высокими фундаментальными характеристиками, по сравнению с современными МТМ, обнаружено не было, сегодня внимание исследователей привлекают анизотропные нанокомпозиционные МТМ, получение которых возможно только с использованием современных способов формирования в материалах наноструктурированного состояния методами экстремальных воздействий.
Однако на сегодняшний день комплексные и систематические исследования, направленные на установление теоретических и экспериментальных условий формирования обменно-связанного состояния между структурными элементами, влияния структурных параметров фаз и нанокластеров, легирующих компонентов, а также выяснение условий получения обменной связи между различными фазами в анизотропном состоянии практически отсутствуют или проводились в недостаточно полном объеме.
Основной целью данного проекта служит разработка научных основ получения нанокомпозиционных МТМ на базе интерметаллического соединения R2Fe17 и его нитрида R2Fe17NX с использованием методов экстремальных воздействий (водородная обработка, азотирование, интенсивная пластическая деформация, закалка из жидкого состояния, высокоэнергетическое измельчение) с повышенным уровнем гистерезисных характеристик, обеспечивающих конкурентоспособность разрабатываемых материалов, по сравнению с традиционными спеченными МТМ для постоянных магнитов.
Для успешного решения поставленной задачи путем управляемого формирования параметров структуры и магнитных свойств исследуемых сплавов предлагается использовать методы получения новых материалов с использованием комплексных цепочек экстремальных воздействий (водородная обработка, азотирование, интенсивная пластическая деформация, закалка из жидкого состояния, высокоэнергетическое измельчение) и выявить закономерности формирования обменно-связанного и/или высокоанизотропного состояния в нанокомпозиционных МТМ на основе наиболее перспективного, на сегодняшний день, соединения R2Fe17NX (где R – редкоземельные элементы, прежде всего Sm), а также передовые методы и методики исследований синтезируемых материалов с использованием современного оборудования.
Актуальность решения поставленной проблемы определяется запросом инновационных секторов экономики (микро- и наноэлектроника, медицина, автомобилестроение, электротехника и др.) на создание новых методов и способов управляемого формирования структуры нанокомпозиционных МТМ с повышенными гистерезисными характеристиками.
Ожидаемые результаты
1. комплексные исследования формирования высококоэрцитивного состояния в нанокомпозиционных магнитотвердых материалов (НМТМ) на основе системы R2Fe17Nx, полученных с использованием комплексных цепочек экстремальных воздействий (водородная обработка, азотирование, интенсивная пластическая деформация, закалка из жидкого состояния, высокоэнергетическое измельчение);
2. разработка феноменологической модели формирования высококоэрцитивного состояния состояния в НМТМ на основе соединения R2Fe17Nx, полученных с использованием комплексных цепочек экстремальных воздействий;
3. разработка научных основ производства НМТМ, полученных методами экстремальных воздействий, с повышенными гистерезисными характеристиками.
Данные результаты позволят создать научные основы для получения высококоэрцитивных НМТМ на основе соединения R2Fe17Nx, что чрезвычайно важно для производства новых высокоэффективных материалов с повышенными гистерезисными и функциональными характеристиками.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В отчетном периоде проведены комплексные исследования и установлены закономерности формирования структуры и магнитных свойств обменно-связанных НМТМ на основе системы R2Fe17Nx/Fe методом интенсивной пластической деформации кручением при различных температурах. Показано, что при комнатной температуре интенсивная пластическая деформация приводит к частичному распаду фазы Sm2Fe17Nх с образованием SmN и α-Fe, причем количество α-Fe пропорционально степени деформации, также наблюдалось небольшое снижение периодов решетки фазы Sm2Fe17Nx, что соответствует снижению коэффициента x с 2.8 до 2.5. Установлено, что ИПДК при комнатной температуре приводит к сильному снижению параметров структуры, что сопровождается увеличением коэрцитивной силы и остаточной намагниченности до Hc = 6.4 кЭ (512 кА/м) и σr = 62 Aм2/кг, соответсвенно, при этом следует отметить, что вид петель магнитного гистерезиса указывает на наличие обменного взаимодействия между магнитотвердой фазой Sm2Fe17N2.5 и магнитомягкой фазой α-Fe, поскольку на петлях магнитного гистерезиса отсутствуют перегибы, а отношение остаточной намагниченности к намагниченности насыщения в некоторых случаях превышает 0.55, что указывает на возможность формирования преимущественной ориентации зерен. Проведены аналогичные комплексные исследования в процессе деформации при криогенных температурах и выявлено влияние температуры на формирования структуры и магнитные свойства обменно-связанных НМТМ на основе системы R2Fe17Nx/Fe.
Публикации
1. Щетинин И.В., Аггрей П., Бордюжин И.Г., Савченко А.Г., Горшенков М.В., Железный М.В., Менушенков В.П., Могильников П.С. Phase Formation and Magnetic Properties of Melt Spun and Annealed Nd-Fe-B Based Alloys with Ga Additions Metals, 2019, 9, 497 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3390/met9050497
Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В отчетном периоде проведены комплексные исследования формирования структуры и магнитных свойств сплавов Sm2Fe17Nx в процессе интенсивной пластической деформации кручением при разных температурах. Показано, что большие внешние силы, действующие в процессе интенсивной пластической деформации могут вызывать фазовые превращения, а именно, распад фазы Sm2Fe17Nx и сильное измельчение параметров структуры. Из-за накопления большой плотности дефектов в процессе интенсивной пластической деформации при комнатной температуре начинают активно протекать диффузионные процессы, которые соответствуют более высокой температуре на равновесной диаграмме фазового равновесия. Обнаружено, что в случае проведения процесса деформации при 77К распад не наблюдается Таким образом эффективное повышение температуры при интенсивной пластической деформации кручением составляет 700 ± 100 K. Проведены комплексные исследования формирования структуры и магнитных свойств сплавов Sm2Fe17Nx в процессе высокоэнергетического измельчения в широком диапазоне параметров синтеза на процессы деформации и протекающие фазовые превращения. По результатам комплексных исследований построена феноменологическая модель формирования высококоэрцитивного состояния в нанокомпозиционных магнитотвердых материалах на основе системы R2Fe17Nx, полученных методами экстремальных воздействий. По данным комплексного исследования были установлены параметры синтеза, позволяющие получать частицы с размером порядка 100 нм с характерной морфологией в виде пластинок. Полученные материалы достаточно хорошо тестировались в магнитном поле в поле 90 кЭ, для фиксации частиц порошка использовали эпоксидную смолу. На основе разработанной феноменологической модели формирования высококоэрцитивного состояния в НМТМ на основе системы R2Fe17Nx, сформулированы научные основы производства НМТМ, полученных методами экстремальных воздействий, с повышенными гистерезисными характеристиками. Проведены комплексные исследования формирования структуры и магнитных свойств сплавов Sm2Fe17Nx в процессе высокоэнергетического измельчения в широком диапазоне параметров синтеза на процессы деформации и протекающие фазовые превращения. Проведено комплексное исследование легированных сплавов системы (Sm, R)2Fe17Nx, где R = Er/Ho, экспериментально определено влияние легирования на поле анизотропии полученных соединений. На основе легированных систем получены образцы НМТМ с повышенными гистерезисными характеристиками: Hc = 9.1 кЭ, σr = 89.2 Ам2/кг, σs = 119.7 Ам2/кг.
Публикации
1. Щетинин И.В., Бордюжин И.Г., Менушенков В.П., Сундеев Р.В., Камынин А.В., Вербецкий В.Н., Савченко А.Г. Magnetic properties of nitrides Sm2Fe17 compound after severe plastic deformation by torsion at 77K magnetic properties, severe plastic deformation, - (год публикации - 2019)
2. Щетинин И.В., Бордюжин И.Г., Сундеев Р.В., Менушенков В.П., Камынин А.В., Вербетцкий В.Н., Савченко А.Г. Structure and magnetic properties of Sm2Fe17Nx alloys after severe plastic deformation by high pressure torsion Materials Letters, Volume 274, 1 September 2020 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127993
3. Щетинин И.В., Сундеев Р.В., Бордюжин И.Г., Менушенков В.П., Савченко А.Г., Глезер А.М. Структура и магнитные свойства соединений Sm2Fe17N2,85 после кручения под высоким давлением и отжига Деформация и разрушение материалов, - (год публикации - 2020)
4. Щетинин И.В., Сундеев Р.В., Камынинн А.В., Вербецкий В.Н., Менушенков В.П., Савченко А.Г. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРЕТУРЫ НА ПРОЦЕССЫ ДЕФОРМАЦИИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ SM2FE17N2.8 Восьмая Международная конференция «КРИСТАЛЛОФИЗИКА И ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ», ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, МОСКВА, 5-8 ноября 2019 г., с.227 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.26201/ISSP.2019.45.557/Def.Mater.206
5. Щетинин И.В., Сундеев Р.В., Камынинн А.В., Вербецкий В.Н., Менушенков В.П., Савченко А.Г. СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЯ SM2FE17NX, ПОЛУЧЕННЫХ ИНТЕНСИВНОЙ СЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ КРУЧЕНИЕМ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Графит, Сборник тезисов XXI Международной конференции по постоянным магнитам, Суздаль, 23-27 сентября 2019 г. с 318 (год публикации - 2019)
Возможность практического использования результатов
не указано