STUDY OF THE INFLUENCE OF ZIRCONIUM AND GALLIUM ON THE MAGNETIC PROPERTIES AND MICROSTRUCTURES OF PRASEODYMIUM-BASED PERMANENT MAGNETS

Nesse trabalho estudou-se a influência da adição de 0,5 % at. de zircônio (Zr) e gálio (Ga) nos ímãs permanentes à base de praseodímio (Pr) HD sinterizados obtidos por uma mistura de ligas. As ligas utilizadas foram: Pr12,6Fe68,3Co11,6B6Zr0,5Ga1, Pr16Fe75,5B8Zr0,5 e Pr13Fe80,5B6Zr0,5. A investigação foi realizada a partir das medidas das propriedades magnéticas e da microestrutura. Inicialmente, compararam-se as fases das ligas com as fases obtidas nos ímãs sinterizados. Posteriormente, os ímãs foram submetidos a um ciclo de tratamento térmico (de duas horas a 1000º C com resfriamento rápido até 10 horas, em seguida, de cinco horas nas mesmas condições, até 35 horas). Para o entendimento do papel de cada aditivo na fase magneticamente dura (fase Φ), foram analisadas as mudanças na microestrutura e relacionadas com as mudanças nas propriedades magnéticas. O Ga e Zr atuam como refinadores da fase Φ (matriz). O Ga atua no grão da fase Φ possibilitando a estabilidade da sua forma e melhorias das propriedades magnéticas. Para o ímã Pr14,3Fe71,9Co5,8B7Zr0,5Ga0,5 a evolução das propriedades magnéticas, após 15 h de tratamento térmico, foi: remanência de (1,25±0,02) T para (1,30±0,02) T, coercividade intrínseca de (1,11±0,02) T para (0,87±0,02) T, fator de quadratura de (0,68±0,02) para (0,89±0,02) e produto de energia de (285±5) kJ/m3 para (317±5) kJ/m3. O Zr tem uma atuação dual. Inibe o crescimento desordenado do grão e aumenta a anisotropia, mas, ao alojar-se no contorno de grão, gera domínios reversos prejudicando a coercividade intrínseca. Para o ímã Pr14.5Fe78B7Zr0.5 a evolução das propriedades magnéticas, após 15 h de tratamento térmico, foi: remanência (1,19±0,02) T para (1,25±0,02) T, coercividade de (0,74±0,02) T para (0,94±0,02) T, fator de quadratura de (0,88±0,02) para (0,85±0,02) e produto de energia (258±5) kJ/m para (291±5) kJ/m. Para o ímã Pr3316Fe75.5B8Zr0.5 a evolução das propriedades magnéticas, após 20 h de tratamento térmico, foi: remanência (1,17±0,02) T para (1,24±0,02) T, coercividade de (0,90±0,02) T para (1,22±0,02) T, fator de quadratura de (0,93±0,02) para (0,66±0,02) e produto de energia (258±5) kJ/m3 para (272±5) kJ/m3.In this work was studied the influence of the addition of 0.5 at. % of zirconium and gallium on praseodymium-based HD sintered magnets obtained using a mixture of alloys. The alloys used in this study were: Pr12.6Fe68.3Co11.6B6Zr0.5Ga1, Pr16Fe75.5B8Zr0.5, Pr13Fe80.5B6Zr0.5. The investigation started by measuring the magnetic properties and observing the microstructure of the magnets. After that, the magnets were annealed at 1000ºC for 2 hours followed by rapid cooling, in a total of 10 hours. This heat treatment was followed by 5 hours at the same temperature up to a total of 35 hours. Changes in the microstructure were compared to the change in the magnetic properties aiming at a proper understanding of the role of each added element in relation to the magnetically hard phase (phase Φ). It has been shown that gallium and zirconium act as grain refiners of the matrix phase Φ. Gallium acts in the grain and favoring of the shape stability and improvement of the magnetic properties. For the Pr14.3Fe71.9Co5.8B7Zr0.5Ga0.5 sintered magnet the evolution of the magnetic properties after 15 hours heat treatment was: remanence from (1.25±0.02) T to (1.30±0.02) T, intrinsic coercivity from (1.11±0.02) T to (0.87±0.02) T, squareness factor from (0.68±0.02) to (0.82±0.02) and energy product from (285±5) kJ/m3 to (317±5) kJ/m3. Zirconium has two effects on the sintered magnets. Firstly, avoiding random grain growth and enhancing anisotropy. However, by concentrating on the grain boundaries, yield reverse domains and is detrimental to the intrinsic coercivity. For the sintered Pr14.5Fe78B7Zr0.5 magnet the evolution of the magnetic properties achieved after a heat treatment of 15 hours was: remanence from (1.19±0.02) T to (1.25±0.02) T, coercivity from (0.74±0.02) T to (0.94±0.02) T, squareness factor from (0.88±0.02) to (0,85±0.02) and energy product from (258±5) kJ/m to (291±5) kJ/m. For the Pr3316Fe75.5B8Zr0.5 sintered magnet the evolution of magnetic properties after 20 hours heat treatment was: remanence from (1.17±0,02) T to (1.24±0.02) T, coercivity from (0.90±0,02) T to (1.22±0.02) T, squareness factor from (0,93±0,02) to (0.66±0.02) and energy product from (258±5) kJ/m3 to (291±5) kJ/m3