Wprowadzenie
Magnesy neodymowo-żelazowo-borowe (dFeB) należą do najsilniejszych magnesów trwałych i znajdują szerokie zastosowanie w silnikach elektrycznych, generatorach, czujnikach, siłownikach oraz zaawansowanych komponentach dla branży motoryzacyjnej, energetycznej i elektronicznej [1]. Ich właściwości eksploatacyjne są ściśle powiązane z ich stabilnością termiczną oraz przemianami fazowymi zachodzącymi w podwyższonych temperaturach, co sprawia, że rzetelna charakterystyka termiczna ma zasadnicze znaczenie dla rozwoju materiałów, zapewnienia jakości oraz optymalizacji procesów.
Główną zaletą jednoczesnej analizy termicznej (STA) jest połączenie termograwimetrii (TGA) i różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) w ramach jednego eksperymentu przeprowadzanego w identycznych warunkach. Pozwala to na bezpośrednią ocenę zmian masy i efektów termicznych w odniesieniu do siebie nawzajem, co jest szczególnie cenne w przypadku materiałów złożonych, takich jak proszki magnetyczne NdFeB. W praktyce oznacza to, że procesy związane z topnieniem, przemianami fazowymi, zjawiskami rozkładu oraz efektami związanymi z utlenianiem można rozróżniać z większą pewnością. Dla użytkowników przemysłowych przekłada się to na szybszą i bardziej wiarygodną ocenę materiałów, mniej niepewności w interpretacji danych oraz solidniejszą podstawę do kwalifikacji pod kątem konkretnych zastosowań.
Eksperymentalne
Próbkę NdFeB poddano analizie przy użyciu przyrządu STA serii Jupiter® firmy NETZSCH. Pomiary poddano korekcji linii bazowej oraz kalibracji pod kątem temperatury i przepływu ciepła. Parametry pomiarowe przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1: Parametry pomiarowe badania metodą STA
| Masa próbki: | ~ 15 mg |
| Tygiel: | Pt/Rh, 85 µl z wkłademz Al₂O₃ i pokrywą z otworami |
| Nośnik próbki: | TG-DSCPojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp, typ S |
| Program temperaturowy: | od temperatury otoczenia do 1500°C, 20 K/min |
| Atmosfera: | argon, 70 ml/min |
Wyniki i dyskusja
Wynik pomiaru metodą TGA-DSC przedstawiono na rysunku 1. Masa próbki NdFeB pozostaje stała w badanym zakresie temperatur, co wskazuje, że w atmosferze argonu nie dochodzi do znaczącej utraty masy. Jest to istotny wynik, ponieważ wykazuje on, że zjawiska termiczne obserwowane w sygnale DSC nie są związane z mierzalną degradacją materiału, lecz odzwierciedlają zmiany właściwe dla samej próbki.
W wyższych temperaturach krzywa DSC wykazuje dwa efekty endotermiczne. Pierwszy z nich ma postać stosunkowo s small nego piku, którego początek przypada na 1072°C, maksimum na 1083°C, a entalpia reakcji wynosi 12,25 J/g. Drugi, większy pik rozpoczyna się w temperaturze 1145°C i osiąga maksimum w temperaturze 1162°C, przy entalpii reakcji wynoszącej 180,6 J/g.
Wyniki analizy STA wskazują, że mniejszy efekt termiczny jest najprawdopodobniej związany z wczesną przemianą składnika w niewielkiej ilości lub fazy wtórnej o niskiej temperaturze topnienia. Natomiast większy pik sugeruje znaczącą przemianę wysokotemperaturową, potencjalnie związaną z topnieniem lub częściowym topnieniem faz w układzie NdFeB. Zachowanie to jest zgodne z wielofazową mikrostrukturą technicznych magnesów NdFeB, które zazwyczaj zawierają twardą fazę magnetycznąNd₂Fe₁₄B, fazy międzyziarnowe bogate w Nd oraz dodatkowe składniki drugorzędne w zależności od składu stopu i historii jego obróbki [2].
Ponieważ zjawiskom tym nie towarzyszy wykrywalna utrata masy, dane potwierdzają interpretację, że są to zdarzenia termiczne związane z fazami, a nie Reakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. reakcje rozkładu. Jednocześnie na podstawie samych danych STA nie można dokonać precyzyjnej identyfikacji faz. W celu ostatecznej identyfikacji zachodzących przemian zaleca się zastosowanie technik uzupełniających, takich jak dyfrakcja rentgenowska w wysokiej temperaturze, analiza metalograficzna po określonej obróbce cieplnej lub korelacja z danymi diagramu fazowego charakterystycznego dla danego stopu.
Słaby efekt EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny w temperaturze 275°C można przypisać przemianie Curie’ego. Chociaż sygnał jest słaby, efekt ten można nadal wykryć za pomocą DSC. Ponadto w celu weryfikacji do analizatora STA można podłączyć przystawkę do generowania zewnętrznego pola magnetycznego; Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście z fazy ferromagnetycznej do paramagnetycznej zostanie wykryte w postaci sygnału wskazującego na pozorną zmianę masy (patrz rysunek 2).
Podsumowanie
W zakresie charakterystyki termicznej proszków magnetycznych NdFeB seria STA Jupiter® firmy NETZSCH oferuje wyraźne zalety analityczne: umożliwia ona jednoczesne wykrywanie ewentualnych zmian masy oraz efektów termicznych w ramach jednego pomiaru, co pozwala użytkownikom z dużą pewnością odróżniać procesy degradacji od rzeczywistych przemian fazowych. Dzięki temu system ten jest szczególnie cenny w zakresie rozwoju materiałów, porównywania partii, kontroli jakości, analizy awarii oraz optymalizacji warunków obróbki termicznej.
Ponadto za pomocą zewnętrznych magnesów można wykrywać Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście Curie zarówno w sygnałach DSC, jak i TGA. Magnesy te nie wchodzą w skład standardowego zestawu, ale można je nabyć jako akcesoria opcjonalne.
Seria STA Jupiter® pomaga klientom w szybszym generowaniu wiarygodnych, istotnych dla danego zastosowania danych termicznych oraz zapewnia większą pewność interpretacji, wspierając podejmowanie lepszych decyzji dotyczących materiałów i bardziej niezawodne projektowanie procesów w zaawansowanych zastosowaniach proszków magnetycznych NdFeB.