Получение магнитов из материала системы Fe - Cr - Co методами селективного лазерного спекания

Приведены результаты исследования возможностей селективного лазерного плавления. Это так называемые аддитивные технологии для производства постоянных магнитов. Процесс позволяет производить не только модели изделий и прототипы, но и готовые функциональные изделия путем послойного добавления материала и связывания частиц и слоев друг с другом. В качестве материала для оценки сравниваемых технологий производства постоянных магнитов выбран сплав на основе системы Fe - Cr - Co. Рассмотрены области применения селективного лазерного плавления: исследованы порошки, полученные разными методами. Проанализирована классическая технология литья магнитного сплава: проведены исследования магнитных материалов и сравнения свойств порошковых магнитов и магнитов со стандартными характеристиками. На основе порошка сплава 25Х15КА, распыленного методом газовой атомизации, на установке селективного лазерного плавления можно изготовить постоянные магниты с плотностью материала 7,59 - 7,55 г/см³ (по ГОСТ 24897 - 81). Характеристики магнитов, полученных на установке селективного лазерного плавления, достигают показателей магнитов, изготовленных по классическим металлургическим технологиям. Для исследования магнитных и физических свойств было выпущено четыре образца с одинаковой геометрией в форме куба. При производстве каждого из испытуемых образцов были выбраны разные режимы работы установки. Образцы были изготовлены на базе Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей» (НИЦ «Курчатовский институт» -ЦНИИ КМ «Прометей») в составе технологического комплекса НИО-35. Установлено, что характеристики порошков, полученных методом газовой атомизации, качественно превосходят характеристики порошков, полученных другими методами. Изготовленные магниты отвечают требованиям ГОСТ 24897 - 81.

1. Смуров И.Ю., Мовчан И.А., Ядройцев И.А. и др. Аддитивное производство с помощью лазера // Вестник МГТУ «Станкин». 2011. № 4. С. 144-146.

2. Григорьев С.Н., Козочкин М.П., Сабиров Ф.С., Синопальников В.А. Проблемы технической диагностики станочного оборудования на современном этапе развития // Вестник МГТУ «Станкин». 2010. № 4. С. 27-36.

3. Liu Y., Wang R., Peng C., Cai Z., Zhou Z., Li X., Cao X. Microstructural evolution and mechanical performance of in-situ TiB2 /AlSi10Mg composite manufactured by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 853. Article 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287

4. Doubenskaia M., Pavlov M., Chivel Yu. Optical system for online monitoring and temperature control in selective laser melting technology // Key Engineering Materials. 2010. Vol. 437. No. 1. P. 458-461. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.437.458

5. Xing X., Duan X., Jiang T., Wang J., Jiang F. Ultrasonic peening treatment used to improve stress corrosion resistance of AlSi10Mg components fabricated using selective laser melting // Metals. 2019. Vol. 9. No. 1. Р. 103. https://doi.org/10.3390/met9010103

6. Шишковский И.В. Лазерный синтез функционально-градиентных мезоструктур и объемных изделий. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 421 с.

7. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1984. 311 с.

8. Технологии лазерного аддитивного производства металлических изделий. URL: http://geektimes.ru/post/218271/ (дата обращения 01.08.2021).

9. Герасимова А.А., Радюк А.Г., Глухов Л.М. Нанесение покрытий на узкие стенки кристаллизаторов МНЛЗ для повышения качества поверхности слябов // Металлург. 2014. № 5-6. С. 64-66.

10. Гришаев Р.В., Мирзаде Ф.Х., Хоменко М.Д. Моделирование фазовых переходов при селективном лазерном спекании методом инжекции порошков // Перспективные материалы. 2013. № S14. С. 241-248.

11. Bulyk I.I. Application of hydrogen in the production of sintered anisotropic nanostructured magnets from alloys of rare-earth and transition metals // Materials Science. 2019. Vol. 54. No. 6. P. 761-775. http://doi.org/10.1007/s11003-019-00262-7

12. Dong L., Makradi A., Ahzi S., Remond Y. Three-dimensional transient finite element analysis of the selective laser sintering process // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. No. 2. P. 700-706. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.02.040

13. Matsumoto M., Shiomi M., Osakada K., Abe F. Finite element analysis of single layer forming on metallic powder bed in rapid prototyping by selective laser processing // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2002. Vol. 42. No. 1. P. 61-67. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(01)00093-1

14. Nelson J.C., Xue S., Barlow J.W., Beaman J.J., Marcus H.L., Bou-rell D.L. Model of the selective laser sintering of bisphenol-A polycarbonate // Industrial & Engineering Chemistry Research. 1993. Vol. 32. No. 10. P. 2305-2317. https://doi.org/10.1021/ie00022a014

15. Xiong B.W., Xu Z.F., Yan Q.S., etc. Progress on metal powder materials used for direct selective laser sintering // Hot Working Technology. 2008. Vol. 33. No. 9. P. 92-94.

16. Simchi A., Pohl H. Effects of laser sintering processing parameters on the microstructure and densification of iron powder // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 359. No. 1-2. P. 119-128. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00341-1

17. Buschow K.H.J. Rare earth-cobalt intermetallic compounds // Philips Research Report. 1971. Vol. 26. No. 1. P. 49-64.

18. Keropyan A., Gerasimova A., Goloshapov K. Influence of the track gradient on the contact temperature at the wheel-rail zone for open-pit locomotives. In book: MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. Article 06009. https://doi.org/10.1051/matecconf/201712906009

19. Naumova M.G., Morozova I.G., Borisov P.V. Investigating the features of color laser marking process of galvanic chrome plating in order to create a controlled color image formation at given marking. In book: Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19. Part 5. P. 2405-2408. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.08.044

20. Kobelev O., Valeeva L., Gerasimova A. Forging process flow development for plate production // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. Р. 240-245. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.240

21. Gorbatyuk S., Pashkov A., Chichenev N. Improved copper-molyb-denum composite material production technology // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 11. Part 1. P. 31-35. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.12.102

22. Pan L., Zhang C., Wang L., Liu Q., Wang G. Crack formation law and mechanism in selective laser melting of 316L stainless steels // Laser and Optoelectronics Progress. 2019. Vol. 56. No. 9. Article 101401. https://doi.org/10.3788/LOP56.101401

23. Li L., Tirado A., Nlebedim I.C., etc. Big area additive manufacturing of high performance bonded NdFeB magnets // Scientific Reports. 2016. No. 6. Article 36212. https://doi.org/10.1038/srep36212

24. Mapley M., Pauls J.P., Tansley G., Busch A., Gregory S.D. Selective laser sintering of bonded magnets from flake and spherical powders // Scripta Materialia. 2019. No. 172. P. 154-158. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.07.029