РОЗДІЛ 2
ОТРИМАННЯ ВИХІДНИХ ПОРОШКІВ ПЕРМАЛОЄВИХ СПЛАВІВ МАРКИ 78Н і 79НМ ТА МАТЕРІАЛІВ НА ЇХ ОСНОВІ, ЛЕГОВАНИХ ІНТЕРМЕТАЛІДАМИ FeTi i NiTi
Завдяки особливостям фазової діаграми системи залізо-нікель [1] (рис. 2.1) в області ~ 78-80 % мас. нікелю і температурі нижче 500 ?С та відповідній термічній обробці виникає упорядкування твердого розчину з утворенням надструктури типу FeNi або FeNi3, що суттєво впливає на основні магнітні властивості цих сплавів: на відміну від інших магнітно-м'яких матеріалів, вони мають винятково високі значення початкової (?а) та максимальної (?мах) магнітної проникності у слабких полях при мінімальних значеннях коерцитивної сили (Нс) і питомих магнітних втратах на перемагнічування (Р) .
Рисунок 2.1. Діаграма фазової рівноваги у системі залізо-нікель [1].
Тому, в якості об'єкту дослідження в даній роботі були обрані залізо-нікелеві сплави марки 78Н та 79НМ з вмістом нікелю 78-80 % мас. аналогічні відомим литим, які широко використовуються у промисловості [6]. Наявність молібдену і марганцю, в сплаві 79НМ, дозволяє не тільки збільшити питомий електричний опір матеріалу і значно підвищити його магнітну проникність, але й зменшити його залежність від швидкості охолодження. Проте, вміст молібдену у пермалоєвому сплаві знижує його магнітну індукцію насичення [3-7].
З метою підвищення зносостійкості пермалоїв в якості легуючої складової були обрані інтерметаліди FeTi i NiTi оскільки вони мають температуру плавлення ~ 1100 ?С [107] (рис. 2.2), що дозволяє інтенсифікува-ти процес спікання матеріалу і усунути труднощі роботи з титаном.
а б
Рисунок 2.2. Діаграми фазової рівноваги у системі нікель-титан (а) і залізо-титан (б) [107].
Технологічні процеси порошкової металургії зазвичай включають два основні напрямки: синтез порошків із заданою морфологією, а також розподілом компонентів фаз; та отримання матеріалу в процесі формування і спікання попередньо виготовлених порошків з деякою залишковою пористістю та однорідністю просторового розподілення компонентів і фаз. Тому спочатку в роботі були досліджені умови отримання вихідних порошків сплавів марки 78Н та 79НМ [108, 109].
2.1. Дослідження процесу отримання порошків пермалоєвих сплавів методом спільного відновлення відповідних оксидів і солей
2.1.1. Характеристика вихідних матеріалів.
Оскільки магнітні властивості пермалоєвих сплавів суттєво залежать від певного хімічного складу та кількості домішок, в якості вихідних матеріалів для отримання сплаву марки 78Н використовувалися порошки відповідних оксидів марки "ч" або "хч": FeO; NiO; для отримання пермалою марки 79НМ додатково були використані солі молібдену і марганцю відповідно (NH4)6Mo7О24·4H2O; MnCl2·4H2O. Молібден і марганець вводили в пермалой для збільшення електричного опору, підвищення магнітної проникності матеріалу, а також спрощення термічної обробки, яка необхідна для отримання максимальних властивостей. Дисперсність вихідних компонентів складала ~ 1-2 мкм. Перед змішуванням порошки сушили при температурі 100-110 ?С протягом 2 годин у сушильній шафі на повітрі з метою видалення адсорбованої у порошку вологи.
2.1.2. Отримання порошків пермалоєвих сплавів методом спільного відновлення відповідних оксидів і солей.
Процес отримання порошків пермалоєвих сплавів методом спільного відновлення відповідних оксидів і солей у водні включає наступні операції:
- змішування вихідних компонентів, взятих у необхідній кількості, протягом двох годин з одночасним додаванням 3 % мас. (NH4)2CO3 в якості розпушувача;
- відновлення протягом 4 годин в середовищі водню;
- розмелювання спеченої губки у шаровому млині протягом 30 хвилин;
- відпалювання отриманого порошку протягом 1 години у середовищі водню при 600 ?С для зняття нагартування.
Процес відновлення механічної суміші оксидів нікелю і заліза характеризується наявністю двох ділянок: відновленням нікелю при 300 ?С і заліза - при 500 ?С. Таким чином, відновлення суміші оксидів при низькій температурі приводить до відновлення окремо нікелю і заліза з утворенням невеликої кількості твердого розчину, дифузійні процеси уповільнені і на дифрактограмі поруч з лініями твердого розчину спостерігаються лінії чистого нікелю і заліза [86]. Проте, дифузійні процеси полегшуються при збільшенні реакційної поверхні розділу за рахунок зменшення розміру металічних частинок. Також, при використанні низьких температур утворюються тонкі пірофорні порошки, подальша робота з якими викликає технологічні труднощі.
Відновлення оксиду нікелю у середовищі водню проходить досить повно при температурі ~ 400 ?С при цьому за рахунок дисоціативної адсорбції на поверхні оксиду утворюються атоми водню. На противагу цьому, при відновленні оксидів заліза атоми водню адсорбуються на поверхні оксиду не дисоціюючи, що приводить до низьких ступенів відновлення. Спільне відновлення оксидів заліза і нікелю протікає із значною швидкістю внаслідок каталітичної дії нікелю, який утворюється на першій стадії відновлення.
Для встановлення оптимальної температури відновлення суміш відповідних оксидів, яка відповідала складу марки 78Н відновлювання проводили при температурах 700, 800 і 850 ?С протягом 4 годин. Аналіз фазового складу відновлюваних порошків на різних стадіях процесу свідчить про те, що процес відновлення йде через першочергове відновлення нікелю, по мірі відновлення заліза проходить взаємодія між компонентами з утворенням твердого розчину при наявності деякої кількості обох елементів. В таблиці 2.1 представлений вміст кисню в порошку сплаву 78Н після різних температур відновлення.
Останньою операцією при отриманні порошків пермалоєвих сплавів було розмелювання відновленої губки у шаровому млині протягом 2 годин.
Таблиця 2.1
Вміст кисню в порошку пермалоєвого сплаву 78Н при відповідній температурі відновлення
Марка сплаву