Цель (цели)
Разработка технологии производства постоянных магнитов на основе сплавов систем Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe методом селективного лазерного сплавления порошков с повышенными магнитными (остаточной индукцией Br, коэрцитивной силой Hcb, максимальным энергетическим произведением (BH)max) и механическими свойствами.
Описание проблемы
Селективное лазерное сплавление (СЛС) порошков металлов и сплавов является одним из наиболее распространенных методов изготовления. Однако до сих пор еще не решена проблема изготовления изделий из магнитных материалов при помощи печати на СЛС принтере. Технология изготовления постоянных магнитов при помощи печати на СЛС принтере позволило бы значительно уменьшить их себестоимость и повысить точность при изготовлении, а также увеличить скорость изготовления единичных и мелкосерийных образцов.
Для реализации данного метода изготовления постоянных магнитов предлагается использовать материалы на основе сплавов системы Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe, которые обычно используют в литейном производстве. Эти сплавы обладают хорошими магнитными свойствами, но основным преимуществом является высокие механические свойства и стабильность магнитных свойств в широкой области температур. Магнитные свойства этих материалов ниже, чем у РЗМ-сплавов, однако, высокая рабочая температура позволяет магнитам из данных сплавов быть востребованными и конкурентоспособными в различных отраслях приборостроения. Таким образом, в выдвигаемой работе предлагается заменить стандартную технологию литья на аддитивную технологию их изготовления.
Значительное влияние на качество получаемого СЛС материала оказывает качество исходного порошка: его сферичность, химический, фазовый и гранулометрический состав. В особенности это относится к гранулометрическому составу, поскольку от этого параметра зависит плотность упаковки порошка при сплавлении и точность построения, а, следовательно, пористость и механические свойства.
Обоснование актуальности исследований
Создание аддитивной технологии производства постоянных магнитов обеспечит создание новых приборов и устройств с повышенными характеристиками, а также конкурентное преимущество при выходе на международные рынки. Благодаря использованию этого варианта технологии достигается экономический эффект вследствие повышения коэффициента использования металла, а также становится экономически приемлемым изготовление небольших и средних по объему серий постоянных магнитов различных типоразмеров. Большое количество деталей сложной формы с дорогостоящей технологией производства, которые дорого или вообще невозможно изготовить традиционными технологиями литья с последующей механической обработкой, можно реализовать технологией СЛС.
Также полученные результаты работы могут способствовать расширению круга магнитных материалов, получаемых методами СЛС, с различными магнитными и механическими свойствами. Особый интерес вызывает использование магнитотвердых материалов с РЗМ элементами в технологии СЛС для создания постоянных магнитов с высокими магнитными свойствами, таких как Nd-Fe-B и Sm-Co.
Новизна и научно-технический уровень
Исследования в этом направлении являются новыми и соответствуют мировому уровню, так как в отечественной и зарубежной печати пока еще очень мало работ по исследованию свойств этого класса сплавов. Научная значимость заключается в том, что изделия и детали из прецизионных сплавов, несмотря на малый размер, играют в приборах, устройствах и системах не вспомогательную роль, а основную – служат источником, усилителем или фильтром основного сигнала, приводящего в действие всю систему, определяя ее точность и надежность. В этой связи, знание физических и физико-механических свойств прецизионных сплавов, изготовленных аддитивными технологиями, а также процессов структурообразования при последующих термических обработках, позволит существенно расширить представления о возможностях их использования при конструировании электротехнических систем.
Исследование процесса СЛС позволит понять процессы, протекающие при сплавлении порошка лазерным излучением, а именно наследование его структуры.
Задачи и возможные пути их решения
Исходя из представленного описания проблемы и круга нерешенных научно-технических проблем основными задачами проекта являются:
1. Разработать комплекс оборудования для производства постоянных магнитов методом СЛС, измельчения сплавов магнитотвердых порошков, а также пробоподготовки образцов магнитотвердых сплавов для исследования их структуры и свойств.
2. Изучить закономерности распыления порошков сплавов систем Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe в атомизаторе, а также взаимосвязь гранулометрического состава порошковых материалов и точности построения получаемых изделий.
3. Изучить закономерности производства постоянных магнитов методом селективного лазерного сплавления порошков сплавов систем Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe, а также взаимосвязь технологических параметров процесса и физико-механических свойств получаемых изделий.
4. Провести исследование структуры и фазового состава магнитотвердых материалов, полученных методом СЛС.
5. Исследовать влияние термической и термомагнитной обработки на физико-механические свойства получаемых изделий.
6. Разработать технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей ИП – организации реального сектора экономики, а также проект технического задания на проведение ОТР по теме
Ожидаемые результаты
1. Закономерности получения порошков прецизионных сплавов методом распыления расплава, зависимости гранулометрического состава и однородности химического состава от режимов распыления.
2. Программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов на основе сплавов системы Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe, полученных методом селективного лазерного сплавления;
3. Лабораторная технология получения изготовления постоянных магнитов на основе сплавов системы Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe, полученных методом селективного лазерного сплавления;
4. Партия экспериментальных образцов с высокими магнитными и механическими свойствами на основе сплавов системы Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe, полученных методом селективного лазерного сплавления;
5. Проект технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка технологий производства постоянных магнитов на основе сплавов системы Fe-Cr-Co и Al-Ni-Cu-Co-Fe методами селективного лазерного сплавления».
