Анотація до роботи:

Виставкіна В.В., Вплив нерівноважних умов охолодження на фазоутворення у легованих міддю магнітотвердих сплавах системи Nd-Fe-C. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертацію присвячено дослідженню процесів структуроутворення у магнітожорстких сплавах системи Nd-Fe-C в умовах рівноважного і нерівноважного затвердіння, а також в процесі ізотермічних відпалів з точки зору досягнення підвищеного рівня магнітних властивостей. Отримані нові результати, що стосуються встановлення фізичних закономірностей структуроутворення у магнітожорстких сплавах системи Nd-Fe-C у залежності від швидкості охолодження, вмісту міді і режимів відпалу. Досліджено особливості процесу формування магнітожорсткої фази Nd₂Fe₁₄C в умовах прискореного охолодження і після ізотермічного відпалу, пояснена зміна механізму затвердіння у легованих міддю сплавах при швидкісному охолоджені. Визначено режими термообробки, яка призводить до формування оптимального структурно-фазового стану, що забезпечує найкращі гістерезисні властивості. На основі одержаних результатів розроблено модель фазоутворення та встановлені механізми коерцитивної сили в постійних магнітах на основі сполуки Nd₂Fe₁₄C.

Результати можуть бути використані при розробці та вдосконаленні технології виготовлення ізотропних і анізотропних постійних магнітів на основі сполуки Nd₂Fe₁₄C.

1. Встановлено, що тетрагональна фаза Nd₂Fe₁₄С у сплаві Nd₂₀Fe₇₀В_0,5С_9,5 формується у твердому стані в інтервалі температур 1123-1173 К в процесі когерентного переходу через проміжну метастабільну фазу Nd₂Fe₁₇C_х: Nd₂Fe₁₇ + Nd₄Fe₄С₇ + б-Fe Nd₂Fe₁₄C. Мідь змінює кінетику перетворення таким чином, що у сплаві Nd₂₀Fe₆₈Cu₂В_0,5С_9,5 вторинним продуктом реакції є цементит: Nd₂Fe₁₇ + Nd₂Fe₂С₃ + Fe Nd₂Fe₁₄С + Fe₃С + х_фаза (х_фаза – Nd₁₁Fe₂Cu₇).

2. Додавання у сплав Nd₂₀Fe₇₀B_0,5C_9,5 атомів бора і міді призводить до зміщення температурно-концентраційних точок фазової рівноваги в системі, що виражається у появі потрійної евтектичної рідини в міжзеренному просторі під час відпалу в інтервалі температур 1123-1223 К; утворена рідина у свою чергу сприяє дифузійному обміну атомами вуглецю і заліза між перитектоїдними агрегатами, як у прямому так і у зворотньому перетворенні.

3. При відпалах в інтервалі температур від 1123 K до 1223 K протягом 1 години з наступним охолодженням у легованому міддю сплаві Nd₂₀Fe₇₀B_0,5C_9,5 формуються зерна основної магнітної фази Nd₂Fe₁₄C та утворюються евтектичні колонії NdFeCu-NdCu, які залягають між зернами збагаченого неодимом високотемпературного карбіду Nd₂Fe₂C₃.

4. Встановлено, що гартування з рідкого стану сплавів Nd₂₀Fe_70-хCu_хB_0,5C_9,5 (х=0,5–2,5 % ат.) призводить до формування в отриманих продуктах двох структурних зон, які відрізняються дисперсністю кристалів і їх морфологією: рентгено-аморфної та мікрокристалічної.

5. Показано, що в результаті нерівноважного процесу кристалізації сплавів зі складом, збагаченим неодимом та вуглецем, порівняно із традиційними при охолодженні зі швидкостями х_охл 10²ч10⁶ К/с магнітотверда фаза Nd₂Fe₁₄C утворюється безпосередньо з рідкого стану (в зоні мікрокристалітів кількість фази > 50%).

6. При відпалах швидко загартованих сплавів процес росту метастабільної фази Nd₂Fe₁₄C йде за механізмом, аналогічним для сплавів, одержаних у рівноважних умовах твердіння.

7. Збільшення кристалографічної анізотропії фази Nd₂Fe₁₄C та формування тонкої і чіткої границі її розділу під впливом ізотермічного відпалу в інтервалі температур 1073-1173 К призводить до росту коерцитивної сили у сплавах із вмістом міді 11,5 % ат., отриманих у нерівноважних умовах охолодження зі швидкістю 10⁵10⁶ К/с (від 87 кА/м у вихідному стані до 480 кА/м після відпалу при температурі 1113 К). Використання загартованих сплавів дозволить значно скоротити час термообробки у технологічному процесі виготовлення магнітів і пластів.

8. Встановлено, що при відпалах литих магнітів системи Nd-Fe-C із наступним повільним охолодженням формується структурно-фазовий стан, який характеризується наявністю ізольованих неферомагнітними і збагаченими міддю тонкими прошарками зерен фази Nd₂Fe₁₄C із чітким огранюванням та дисперсними включеннями неодиму у середині, що призводить до збільшення значень коерцитивної сили від 7 кА/м у вихідному стані до 880 кА/м після відпалів при температурі 1223 К.

9. На основі досліджень структурно-фазового стану відпалених сплавів, отриманих в умовах рівноважного твердіння, які показали, що зерна фази Nd₂Fe₁₄C із чітким огранюванням розділені тонкими прошарками мідь-вміщуючої неферомагнітної фази, можна стверджувати, що основним механізмом коерцитивної сили в ізотропних литих магнітах є механізм пригнічення утворення доменів зворотньої намагніченості.

Публікації автора:

1. Васильєва О.О., Виставкіна В.В. Мікроструктура та властивості литих Nd-Fe-B-С магнітів, легованих міддю // Фізика і хімія твердого тіла. – 2002. - Т.3, №4. – С. 560-567

2. Виставкіна В.В., Васильєва О.О. Вплив термічної обробки на структуру та властивості литих магнітів системи Nd-Ge-C, легованих міддю // Металофізика і новітні технології.–2004.–Т.26, №8.– С.1011-1022

3. Vystavkina V., Brekharya G., Vasilyeva E., Leonowicz M. Magnetic properties and microstructure of Nd-Fe-B-C magnets with Cu addition // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2004.- Vol. 284 - P. 69-76

4. Виставкіна, В.В., Васильєва О.О. Вплив термообробки на структуру та властивості магнітів системи Nd-Fe-C // Вісник Львів. Ун-ту. Серія фізична. - 2006. – вип. 39 – С. 106-112

5. Vystavkina V., Brekharya G., Vasilyeva E. Cu-doping and heat-treatment influence on microstructure and properties of Nd-Fe-C permanent magnets // Proc. 18^th Int. Workshop on High Performance Magnets and Their Applications. - Annecy (France). - 2004. - Vol.1. - P. 188-192

6. Vasilyeva E., Vystavkina V., Ilnitskiy I. Microstructure and properties of cast Nd-Fe-C permanent magnets // Proc. 2^nd Youth Symp. on Experimental Solid Mechanics, IMEKO. - Ravenna (Italy). - 2003.- P. 21-22

7. Васильєва О.О., Виставкіна В.В., Вплив термічної обробки на мікроструктуру та властивості литих магнітів системи Nd-Fe-B-C // Тези доповідей всеукраїнської конф. „Сучасні питання матеріалознавства”. - Харків. - 2003. - С. 4

8. Виставкіна В.В., Васильєва О.О. Вплив термообробки на структуру та властивості магнітів системи Nd-Fe-C // Труди міжнар. конф. молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА-2004. – Львів. - 2004. - С. 138-139

9. Виставкіна В.В., Брехаря Г.П. Структура та фазовий склад сплавів Nd₂₀Fe_70-хCu_xC_9,5B_0,5, твердіючих в умовах надшвидкісного охолодження // Труди міжнар. конф. молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРИКА-2005. – Львів. - 2005. - С. 110-111

10. Vystavkina V.V., Brekharya G.P., The heat treatment influence on structure-phase state of
    Nd₂₀Fe_70-хCu_хC_9,5B_0,5 alloys and magnets made on their bases // Proc. Int. Conf. on Functional Materials, ICFM’05. – Partenit. - 2005. - P. 57