Одним из компонентов, используемым при создании магнитного холодильника является постоянный магнит.
Магнито-твердые материалы на основе Nd-Fe-B (теоретическая максимальная магнитная энергия 64 МГс·Э) являются наиболее перспективными при использовании в конструкции магнитного холодильника.
В США и Японии, и во многих странах Западной Европы, среди сплавов на основе редкоземельных металлов (РЗМ), сплавы Nd-Fe-B занимают доминирующее положение. Объем производства таких сплавов (на базе Nd2Fe14B) и изготовление постоянных магнитов из них стремительно увеличивается.
Стоимость единицы магнитной энергии у РЗМ высока, но применение редкоземельных металлов приводит к компактности и миниатюрности изделий. Поэтому, в общем случае, применение изделий с магнитами из РЗМ следует считать целесообразным и экономически обоснованным.
За последние годы достигнуты значительные успехи в улучшении свойств известных магнито-твердых материалов, в т.ч. на основе Nd-Fe-B. Уточняются диаграммы состояния, изучаются разрезы тройной системы Nd-Fe-B, кристаллические структуры фаз, совершенствуются технология изготовления постоянных магнитов и методы контроля фазового состава на основе интерметаллической фазы Nd2Fe14B. На основе Nd2Fe14B достигнута максимальная магнитная энергия: 50 МГс·Э. Однако Nd-Fe-B не используется в чистом виде, по причине того, что сплав такого состава коррозионно неустойчив, нестабилен по температуре и др., поэтому проводятся работы не только по улучшению магнитных, но и физических характеристик и делается это, в том числе, за счет легирующих добавок.
Исследовались зависимости между параметрами мессбауэровских спектров и свойствами магнитов на основе Nd-Fe-B-Ti в зависимости от типа легирующих добавок (Сu Ga, AI, Hf, Ti, V, Mo, Nb, Cr, Co, Ni, Tb, Dy).
В таблице представлены значения разности Нeff при легировании базового сплава различными химическими элементами по сравнению с исходным состоянием. Тринадцать легирующих добавок можно условно разделить на четыре группы:
А (Сu, Ga, Аl), В (Hf, Ti, V, Mo, Nb, Сr), С (Со, Ni), D (Tb, Dy) В группе А содержащей атомы с недостроенной лишь внешней электронной оболочкой, величина изменений прямо пропорциональна числу электронов на внешней оболочке
и обратно пропорциональна числу оболочек. К группам В и С относятся переходные металлы с недостроенной 3d и 4d (Nb) оболочкой, при этом в группах В и С количество электронов на недостроенной оболочке соответственно меньше (В)
или больше (С), чем в атоме железа. В обеих группах наблюдается уменьшение Нeff с увеличением числа Зd-электронов Элементы группы D (Tb, Dy), в отличие от других, замещают в решетке преимущественно атомы неодима. Результатом
этого является незначительно увеличение Нeff во всех позициях железа, кроме позиции 4е. Измерения остаточной магнитной индукции показали, что во всех случаях она ниже, чем для базового сплава. Наименьшие изменения
наблюдали на магнитах с медью и кобальтом, наибольшие - с алюминием и хромом. При этом более высокая коэрцитивная сила достигалась на сплавах с алюминием, титаном, медью, молибденом, диспрозием и тербием.
Таблица
Значения разности эффективных магнитных полей,
на ядрах атомов железа фазы Nd2Fe14B между сплавами состава
Nd16.0Feост.Ti1.26Al0.32B7.2 + 0.5 % ат. М и Nd16.0Feост.Ti1.26Al0.32B7.2
Вид группы |
№
п/п |
М |
Кристаллографическое состояние, Heff
(Тл) |
16k1 |
16k2 |
8j1 |
8j2 |
4e |
4c |
A |
1 |
Cu |
-0.1 |
+0.0 |
+0.2 |
+0.0 |
-0.1 |
+0.1 |
A |
2 |
Ga |
-0.3 |
-0.2 |
-0.2 |
-0.2 |
-0.2 |
-0.3 |
A |
3 |
Al |
-0.4 |
-0.3 |
-0.3 |
-0.5 |
-0.5 |
-0.4 |
B |
4 |
Hf |
-0.0 |
-0.0 |
+0.1 |
-0.1 |
-0.7 |
-0.1 |
B |
5 |
Ti |
-0.1 |
-0.0 |
+0.0 |
-0.0 |
-0.3 |
-0.2 |
B |
6 |
V |
-0.2 |
-0.1 |
-0.3 |
-0.1 |
-0.5 |
-0.3 |
B |
7 |
Mo |
-0.2 |
-0.1 |
-0.3 |
-0.1 |
-0.4 |
-0.3 |
B |
8 |
Nb |
-0.4 |
-0.2 |
-0.5 |
-0.2 |
-0.6 |
-0.4 |
B |
9 |
Cr |
-0.5 |
-0.3 |
-0.8 |
-0.3 |
-0.9 |
-0.4 |
C |
10 |
Co |
-0.1 |
-0.1 |
-0.0 |
-0.1 |
-0.2 |
-0.1 |
C |
11 |
Ni |
-0.2 |
-0.2 |
-0.1 |
-0.1 |
-0.2 |
-0.3 |
D |
12 |
Tb |
+0.0 |
+0.1 |
+0.1 |
+0.1 |
-0.1 |
+0.1 |
D |
13 |
Dy |
+0.0 |
+0.2 |
+0.2 |
+0.3 |
-0.3 |
-0.0 |