Магнитная структура спеченных магнитов Со–25%Sm после электроэрозионной обработки

Средствами сканирующей электронной микроскопии и магнитной силовой микроскопии проведено металлографическое изучение микроструктуры поверхности спеченных редкоземельных магнитов Со–25%Sm марки КС25 после электроэрозионной обработки (ЭЭО). Химический состав исследуемых образцов, мас.%: Sm – 25, Fe – 18, Cu – 5, Zr – 3, Co – остальное. Одна из поверхностей образца была подвергнута электроэрозионной обработке различными способами при изменении таких параметров ЭЭО, как скорость обработки по прямой линии и офсет. В микроструктуре магнитов представлены 4 сосуществующие фазы: SmCo₅, Sm₂Co₁₇, Zr₅Co₃FeSm и Sm₂O₃. Размер зерна составляет 10–50 мкм. Кристаллы интерметаллического соединения Zr₅Co₃FeSm имеют размер 1–5 мкм, включения оксида самария Sm₂O₃ глобулярной формы были величиной 2–10 мкм. Способ ЭЭО оказал влияние на толщину и химический состав дефектного слоя. В целом химический состав при удалении от дефектного слоя в глубь образца изменяется незначительно: содержание Sm, Cu, О и Zr снижается, а Fe и Со – повышается. Размер зерна на глубине 500 мкм от дефектного слоя увеличивается на 40–50 %, а пористость, наоборот, уменьшается; размер оксидов Sm2O3 при этом незначительно возрастает. Исследование средствами магнитной силовой микроскопии магнитной структуры на поверхностях, перпендикулярных оси намагничивания, показало наличие сложной доменной структуры зерен в виде лабиринта с размером домена ~3÷5 мкм. Обнаружены также отдельные однодоменные зерна размером ~30÷50 мкм. Электроэрозионная обработка из-за нагрева и окисления материала способствует возникновению доменной структуры зерен в виде лабиринта вместо однодоменных зерен, а также фазовому переходу SmCo₅ → Sm₂Co₁₇, что вызывает уменьшение коэрцитивной силы.

1. Aich S., Satapathy D.K., Shield J.E. Rapidly solidied rareearth permanent magnets: Processing, properties, and applications. In: Advances in magnetic materials: Processing, properties, and performance. 1-st ed. Eds. Sam Zhang, Dongliang Zhao. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2017. Р. 453—508.

2. Jiang C.-B., An S.-Z. Recent progress in high temperature permanent magnetic materials. Rare Met. 2013. Vol. 32. No. 5. P. 431—440.

3. Gutfleisch O., Willard M.A., Brück E., Chen C.H., Sankar S.G., Liu J.P. Magnetic materials and devices for the 21st century: Stronger, lighter, and more energy efficient. Adv. Mater. 2011. Vol. 23. No. 7. P. 821—842.

4. Coey J.M.D. Hard magnetic materials: A perspective. IEEE Trans. Magn. 2011. Vol. 47. No. 12. P. 4671—4681

5. Lileev A.S., Menushenkov V.P. The crystal structure and coercive force of SmCo5 sintered permanent magnets. Phys. Stat. Sol. 1983. No. 5. P. 341—346.

6. Tarasov V.P., Ignatov A.S. Study of homogenization effect on the phase composition of Sm2(Fe, Co)17 alloys. NonFerr. Met. 2016. No. 2. P. 44—46.

7. Menushenkov A.P., Menushenkov V.P., Chernikov R.V., Sviridova T.A., Grishina O.G., Sidorov V.V., Klementiev K.V. Local crystalline structure of Sm—Co alloys: results of XAFSanalisis. J. Phys.: Conf. Ser. 2009. Vol. 190. Art. 012091.

8. Xu C., Wang H., Zhang T.-L., Popov А., Gopalan R., Jiang C.-B. Correlation of microstructure and magnetic properties in Sm(CobalFe0.1Cu0.1Zr0.033)6.93 magnets solution-treated at different temperatures. Rare Met. 2019. Vol. 38. No. 1. P. 20—28.

9. Menushenkov V.P., Menushenkov A.P., Chernikov R.V., Sidorov V.V., Sviridova T.A. Crystalline and local structure of SmCo5 based alloys. In: Proc. IEEE Int. Magnetics Conf. (Madrid, Spain, 3—5 May 2008). Р. 239.

10. Левинсон Е.М., Лев В.С. Справочное пособие по электротехнологии. Электроэрозионная обработка металлов. Л.: Лениздат, 1972.

11. Немилов Е.Ф. Справочник по электроэрозионной обработке материалов. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.

12. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки. М.: Машиностроение, 1980.

13. Takezawa H., Yokote N., Mohri N. Influence of external magnetic field on permanent magnet by EDM. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2016. Vol. 87. No. 1-4. P. 25—30.

14. Liu J.F., Guo Y.B., Butler T.M., Weaver M.L. Crystallography, compositions, and properties of white layer by wire electrical discharge machining of nitinol shape memory alloy. Mater. Design. 2016. Vol. 109. P. 1—9.

15. Greer J., Petruska A.J., Mahoney A.W., Nambi M., Bamberg E., Abbott J.J. Experimental investigation of wire electrical discharge machining of NdFeB permanent magnets with an RC-type machine. J. Mater. Eng. Perform. 2014. Vol. 23. No. 4. P. 1392—1401.

16. Li L., Wei X.T., Li Z.Y., Cheng X. Corrosion resistance analysis of sintered NdFeB magnets using ultrasonic-aided EDM method. J. Mater. Eng. Perform. 2015. Vol. 24. No. 1. P. 536—542.

17. Li L., Cheng X., Sima Z., Niu Z. Machinability of NdFeB magnet via wire and sinking EDM methods. Indian J. Eng. Mater. Sci. 2015. Vol. 22. No. 4. P. 407—413.

18. Xue Z., Liu Z., Liu L., Li M., He S., Lee D., Guo Y., Yan A. Anisotropy of mechanical properties of Sm-Co permanent magnets doped with dysprosium. IEEE Int. Magn. Conf. (INTERMAG 2015). Beijing, China, 2015. Art. 71565192015.

19. Li W., Li A.H., Wang H.J., Pan W., Chang H.W. Study on strengthening and toughening of sintered rare-earth permanent magnets. J. Appl. Phys. 2009. Vol. 105. No. 7. Art. 07A703.

20. Ren L., Hadjipanayis G.C., Parvizi-Majidi A. Fracture toughness and flexural strength of Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7-8 magnetic alloys. J. Magn. Magn. Mater. 2003. Vol. 257. No. 1. P. 58—68.

21. Tian J., Pan D., Zhou H., Yin F., Tao S., Zhang S., Qu X. Radial cracks and fracture mechanism of radially oriented ring 2:17 type SmCo magnets. J. Alloys Compd. 2009. Vol. 476. No. 1-2. P. 98—101.

22. Xia Ailin, Guo Zhaohui, Li Wei, Han Baoshan. Magnetic Microstructures of 2 : 17 type Sm (Co, Fe, Cu, Zr)z magnets detected by magnetic force microscopy. J. Rare Ear. 2006. Vol. 24. P. 214—217.

23. Kazakova O., Puttock R., Barton C., Corte-León H., Jaafar M., Neu V., Asenjo A. Frontiers of magnetic force microscopy. J. Appl. Phys. 2019. Vol. 125. No. 6. Art. 060901.

24. Neu V., Vock S., Sturm T., Schultz L. Epitaxial hard magnetic SmCo5 MFM tips — A new approach to advanced magnetic force microscopy imaging. Nanoscale. 2018. Vol. 10. P. 16881—16886.

25. Porthun S., Abelmann L., Lodder C. Magnetic force microscopy of thin film media for high density magnetic recording. J. Magn. Magn. Mater. 1998. Vol. 182. No. 1-2. P. 238—273.

26. Чикова О.А., Слинкин И.В., Вьюхин В.В. Структура и механические свойства в субмикрообъемах спеченных постоянных магнитов Со—Sm марки КС25. Металлы. 2020. No. 2. C. 74—79.

27. Станолевич Г.П., Федосеев Н.В., Тимаков С.А., Борисов С.Л. Устойчивость редкоземельных металлов к ударной нагрузке. Вопр. электромеханики. 2014. Т. 139. С. 35—43.

28. Xiong X.Y., Ohkubo T., Koyama T., Ohashi K., Tawara Y., Hono K. The microstructure of sintered Sm(Co0.72Fe0.20Cu0.055Zr0.025)7.5 permanent magnet studied by atom probe. Acta Mater. 2004.Vol. 52. No. 3. P. 737—748

29. De Campos M.F., Landgraf F.J.G., Saito N.H., Romero S.A., Neiva A.C., Missell F.P., de Morais E., Gama S., Obrucheva E.V., Jalnin B.V. Chemical composition and coercivity of SmCo5 magnets. J. Appl. Phys. 1998. Vol. 84. No. 1. P. 368—373.

30. Kucheryaev V.V., Valeev R.A., Korolev D.V., Piskorskiy V.P., Koplak O.V., Morgunov R.B. Analysis of distribution of the surface magnetic-field gradient in (PrDy)(FeCo)B rare-earth magnets. J. Surf. Investig. 2018. Vol. 12. No. 5. P. 939—943.

31. De Campos M.F. Effect of grain size on the coercivity of sintered NdFeB magnets. Mater. Sci. Forum. 2010. Vol. 660—661. P. 284—289.

32. Collocott S.J., Dunlop J.B. The fluctuation field and anomalous magnetic viscosity in commercial NdFeB alloys, AlNiCo and the bulk amorphous ferromagnets Nd60Fe30Al10 and Nd60Fe20Co10Al10. J. Magn. Magn. Mater. 2008. Vol. 320. No. 16. P. 2089—2093.

33. Szmaja W. Investigations of the domain structure of anisotropic sintered Nd—Fe—B-based permanent magnets. J. Magn. Magn. Mater. 2006. Vol. 301. P. 546—561.