Thermodynamic Modelling and Production of FeCo-FeCoV Alloy via SHS Method

Abstract

FeCo ve FeCoV Alaşımlarının Metalotermik Yöntem ile Üretilmesi ve Termodinamik Modellenmesi

Abstract

Yüksek güç gerektiren uygulamalar ve havacılık sektöründe kullanılan motor ve jeneratörlerde, yüksek mekanik mukavemete sahip yumuşak manyetik malzemelerin kullanılması bir gerekliliktir. Bu yüksek mukavemetli yumuşak manyetik malzemeler ile ilgili araştırılmalar son yıllarda yoğunlaşmış ve sonuç olarak önemli gelişmeler elde edilmiştir. Bu çalışmalarda, bahsi geçen uygulamalar için Fe-Co alaşımları, yüksek Curie sıcaklığı, düşük manyeto-kristal anizotropik özelliği, yüksek mukavemeti, mükemmel manyetik özellikleri sebebiyle aday malzeme olarak gösterilmektedir. %50 Fe, %50 Co içeren FeCo alaşımı çok kırılgan özellik göstermesinden dolayı şekillendirilmesi oldukça güçtür. Alaşımın kırılganlığını gidermek için kompozisyona vanadyum ya da krom ilavesi yapılmasının olumlu etkileri literatürde görülmektedir.

Bu çalışmada, yüksek enerji gerektiren ergitme sistemleriyle üretilen FeCo alaşımları, ilave enerji gereksinimi olmadan, kendi enerjisini üreterek, bileşenlerinin oksitlerinden aluminotermik redüksiyon yöntemiyle redüklenmiştir. Oksitli demir hammaddesi olarak hematit (Fe₂O₃), kobalt kaynağı olarak Co₃O₄, kullanılmıştır. Alaşımın kırılganlığını gidermek için sarja stokiyometrik olarak %2’lik Vanadyum ilavesi yapılmış, Vanadyum kaynağı olarak V₂O₅ kullanılmıştır.

Projede, FeCo ve FeCo-2%V alaşımları metalotermik yöntemle sentezlenmiş ve en yüksek Fe verimi %105 stok. FeCoV aluminotermik deneyinde %95,56 değerle elde edilirken, en yüksek Co ve V verimleri aynı deneyde %95 ve %87,05’lik değerlerle elde edilmiştir. Ayrıca farklı stokiyometrik sarj bileşenlerinin etkisi farklı redüktanlar için XRF analizleri ile değerlendirilmiştir.

Keywords

• FeCo,FeCoV

References

1. 1. Önkibar G. 2006. , Entegre Demir-Çelik Tesisi Tufalinden Doğrudan Redükleme Yöntemi ile Ham Demir Üretimi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya.2. Buğdaycı M. 2014, Krom Nikel İçeren Demirli Alaşımların Metalotermik Yöntemle Üretiminde Tufal Kullanımının Etkisi, İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.3. Gulyaev A. P., Kupalova I. K.1970. Effect Of Cobalt On The Structure And Propertıes Of Hıgh-Speed Steels , Consultants Bureau, a division of Plenum Publishing Corporation,(1),666-671.4. Yu R.H., Basu S., Ren L., Zhang Y., Parvizi-Majidi A., Unruh K.M., Xiao J.Q., 2000. High temperature soft magnetic materials: FeCo alloys and composites IEEE Transactions on Magnetics 36, (5), 3388-3393. 5. Sundar, R.S., Deevi, S.C. 2005. Soft magnetic FeCo alloys: alloy development, processing, and properties. Int. Mater. Rev. 50(3), 157–192.6. Sourmail T 2005. Near equiatomic FeCo alloys: constitution, mechanical and magnetic properties. Prog Mater Sci 50, 816–880.7. Díaz-Ortiz A., Drautz R., Fähnle M., Dosch H., Sanchez J. M. 2006. Structure and magnetism in bcc-based iron-cobalt alloys. Phys. Rev. B 73, 208-224.8. Duckham A., Zhang D.Z., Liang D., Luzin V., Cammarata R.C., Leheny R.L., Chien C.L. 2003. Temperature dependent mechanical properties of ultra-fine grained FeCo–2V. Acta Mater. 51, 4083–4093.9. Sundar R.S., Deevi S.C. 2004. Influence of alloying elements on the mechanical properties of FeCo–V alloys. Intermetallics, 12, 921-927.10. Yang B., Cao Y., Zhang L., Li R.F., Yang X.Y., Yu R.H., 2014. Controlled chemical synthesis and enhanced performance of micron-sized FeCo particles. Journal of Alloys and Compounds, 615, 322-326.11. Mostaan H., Shamanian M., Hasan S., Szpunar J.A., 2015. Response of structural and magnetic properties of ultra-thin FeCo–V foils to high-energy beam welding processes. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 22;11, 1190-1198.12. Sergeev, V.V., Bulygina, T.I., 1980. Hard Magnetic Materials, Energiya, 24,123-127.13. Hilzinger, R., Rodewald, W., 2013. Magnetic Materials, Erlangen: Publicis Publ. 14. White J. H., Wahl C. V. 1932., Workable magnetic compositions containing principally iron and cobalt. US patent No 1,862,559.15. Kawahara K., 1983. Structures and mechanical properties of an FeCo-2V Alloy. Journal Of Materıals Science 18, 3427-3436.16. Lawrence F. 1936. Productıon Of Ferrocobalt, Us patent: US2051433.17. S. Koutsopoulos , R. Barfod, D. Tsamouras, K.M. Eriksen, R. Fehrmann. 2017. Synthesis and characterization of iron-cobalt (FeCo) alloy nanoparticles supported on carbon. JALCOM, 725, 1210-1216.18. Loginov P., Sidorenko D., Bychkova M., Petrzhik M., Levashov E. 2017. Mechanical Alloying as an Effective Way to AchieveSuperior Properties of Fe–Co–Ni Binder Alloy.Metals, 7,570, 1-14.19. Biasia R.S., Figueiredoa A.B.S., Fernandes A.A.R., C. Larica C., 2007. Synthesis of cobalt ferrite nanoparticles using combustion waves. Solid State Communications, 144, 15-17.20. Yang B., Cao Y., Zhang L., Li R.F., Yang X.Y., Yu R.H., 2014. Controlled chemical synthesis and enhanced performance of micron-sized FeCo particles. JALCOM, 615, 322-326.21. Molinari A., Marchetti F., Gialanella S., Scardi E., Tiziani A., 1990. Study of the Diamond-Matrix Interface in Hot-pressed Cobalt-based Tools. Materials Science and Engineering, 130, 257-262.22. Zehani K., Bez R., Boutahar A., Hlil E.K., Lassri H., Moscovici J., Mliki N., Bessais L.,2014. Structural, magnetic, and electronic properties of high moment FeCo nanoparticles. JALCOM, 591, 58-64.23. Weimer, A.W. 1997. Thermochemistry and Kinetics. In Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing, Chapman & Hall, London, UK, 79–114. 24. Merzhanov, A.G. 2002. Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS), ISMAN, Russia.25. Munir, Z. A., Tamburini, U.A. 1989. Self-propagating exothermic reactions: The synthesis of high-temperature materials by combustion, Materials Science Reports, C. 3, S. 6, 277–358.26. Pacheco, M.M. 2007. Self-sustained high-temperature reactions-initiation, propagation and synthesis, PhD thesis. Adres: http://repository.tudelft.nl.