Dinamičko-mehanička svojstva hibridnih magnetnih kompozitnih materijala sa polimernom matricom

Abstract

Savremena istraživanja u oblasti razvoja magnetnih kompozitnih materijala na bazi Nd-Fe-B legura usmerena su u tri osnovna pravca: povećanje magnetne energije, odnosno optimizacija magnetnih svojstava, poboljšanje otpornosti na koroziju i redukovanje sadržaja retke zemlje (Nd), u cilju sniženja cene finalnog magnetnog materijala, uz zadržavanje visokih vrednosti maksimalne magnetne energije. Razvoj nanokristalnih i nanokompozitnih magnetnih legura tipa Nd-Fe-B znatno je povećao interesovanje za istraživanje i razvoj magnetnih kompozitnih materijala sa polimernom matricom tzv. bonded magneta, jer su se ovi magnetni prahovi pokazali kao izuzetno pogodni za njihovu proizvodnju. Primenom različitih procesnih tehnika u procesu proizvodnje bonded magneta data je mogućnost upotrebe različitih magnetnih prahova u kombinaciji sa različitim polimernim materijalima kao vezivnim sredstvima. Razvoj bonded tehnologije, istraživanje mogućnosti primene različitih vrsta i udela magnetnih prahova i polimernih veziva, ispitivanje njihovog uticaja, kao i uticaja procesnih parametara, na postizanje optimalnih mehaničkih i magnetnih svojstava kompozita je u istraživačkom fokusu u poslednjih nekoliko godina. Istraživački trend se ogleda u razvoju bonded hibridnih magnetnih kompozitnih materijala sa poboljšanim dinamičko-mehaničkim svojstvima i znatno nižom cenom zbog supstitucije skupih Nd-Fe-B magnetnih prahova jeftinijim feritnim magnetnim prahovima, uz postizanje zadovoljavajućih vrednosti maksimalne magnetne energije. Iz analize i obrade literaturnih podataka može se konstatovati da je, u do sada publikovanim radovima, uticaj kritičnih parametara na finalna svojstva magnetnih kompozitnih materijala ovog tipa analiziran ograničeno i pojedinačno. Na osnovu detaljne obrade raspoloživih literaturnih podataka se može zaključiti da još uvek nije postignuto optimalno rešenje odnosa: struktura – dinamičko-mehanička svojstva – magnetna svojstva – cena bonded magneta. Predmet ove doktorske disertacije je teorijsko i eksperimentalno izučavanje uticaja, vrste i udela magnetnog praha, tipa i udela polimernog veziva, kao i procesnih parametara u primenjenim metodama sinteze, na strukturna, dinamičko-mehanička svojstva u funkciji temperature, mehanička svojstva na sobnoj temperaturi i magnetna svojstva istraživanih magnetnih kompozitnih materijala. Istraživanje mogućnosti poboljšanja fizičkih svojstava bonded magneta je obuhvaćeno istraživačkim ciljem ove disertacije i realizovano je u eksperimentalnom delu, kroz sintezu i karakterizaciju hibridnih magnetnih kompozitnih materijala dobijenih mešanjem dva ili više magnetnih prahova. Interakcije između različitih magnetnih komponenti, kao i interakcije između magnetnih komponenti i polimerne matrice razmatrane su u korelaciji sa dinamičko-mehaničkim i magnetnim svojstvima sintetizovanih magnetnih kompozita...

Current research efforts in the field of magnetic composite materials based on Nd-Fe-B alloys are directed towards three main goals: increase of magnetic energy and optimization of magnetic properties, improvement of corrosion resistance and reduction of rare-earth element (Nd) content as a way of the price reduction of the final magnetic material but with retained magnetic energy. Development of Nd-Fe-B nanocrystalline and nanocomposite magnetic alloys has significantly increased interest in research and development of composite magnetic materials with polymer matrix i.e. bonded magnets, since powders of these alloys are proved to be very suitable for their production. Application of different processing techniques in the production process of bonded magnets has provided the opportunity for utilization of different magnetic powders combined with variety of polymer binders. Improvement of production technology of bonded magnets, research of possibilities of application of different types and contents of magnetic powders and polymer binders and investigation of the influence of process parameters on obtaining of optimal mechanical and magnetic properties of the magnetic composite materials are in research focus over the past few years. The research trend is aimed at development of bonded hybrid magnetic composite materials with improved dynamic mechanical properties and significantly lower price due to substitution of expensive Nd-Fe-B magnetic powders with cheaper ferrite magnetic powders, but with suitable values of magnetic energy. Analysis of literature data revealed limited and individual studies of the influence of critical parameters on final properties of magnetic composite materials of this type. Based on more detail analysis of literature data it could be concluded that still there are no optimal solutions of relation: structure – dynamic mechanical properties – magnetic properties – price of boned magnet. The scope of this thesis is theoretical and experimental investigation of the influence of type and content of magnetic powder, type and content of polymer binder and process parameters in the applied methods of synthesis on the structural and dynamic mechanical properties of the investigated magnetic composite materials in the function of temperature as well as mechanical and magnetic properties at ambient temperature. Investigation of possible improvement of physical properties of the bonded magnets was included in the goal of this thesis and it was realized in the experimental part through synthesis and characterization of hybrid magnetic composite materials produced by mixing of two or more magnetic powders...