Development of rare-earth free permanent magnets
Nadir toprak elementi içermeyen mıknatıs geliştirilmesi
- Tez No: 489528
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY, PROF. DR. MAHMUT VEDAT AKDENİZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Manyetik malzemeler enerjinin korunması, aktarılması ve dönüşümünde kullanılan cihazlarda önemli bir yol oynamaktadır. Koersifliği yüksek kalıcı mıknatıslara gereksinimin artması ile birlikte nadir toprak elementi içeren NdFeB mıknatısları önem kazanmıştır. Yaklaşık 30 senedir çalışmaların odak noktası bu mıknatıs olmuştur. Nadir toprak elementlerine talep arttıkça, kritik önemdeki malzemelerde nadir toprak elementlerinin kullanımının kısıtlanması ya da bitirilmesi söz konusu olmuştur. Bu çalışmada, daha önceden üzerinde çalışılmış ve ticarileşmiş bir alaşım olan AlNiCo ile henüz ticarileşmemiş, diğerine kıyasla yeni sayılabilecek bir alaşım olan MnAl alaşımı kullanılmıştır. AlNiCo mıknatısları gelişmiş analiz teknikleri ile yeniden araştırılmak için iyi bir adaydır. Nano boyutlardaki davranışı henüz kesinleşmemiştir. Bu çalışmada bilyalı değirmen ve plazma ünitesinde parçacık boyutunu azaltmak için deneyler yapılmıştır. Plazma deneylerinin sonunda bilyalı değirmenle öğütülmüş numunelere göre daha yüksek koersifliğe ulaşılmıştır. Çekirdek yapının aynı zamanda oksitlenme için bir koruyucu tabaka oluşturduğu gözlemlenmiştir. Manganez alüminyum alaşımlarının mıknatıslığı ferromanyetik τ-fazının oluşmasından kaynaklanmaktadır. -τ faz dönüşümünün anlaşılmasıyla manyetik özellikleri iyileştirmek mümkün olacaktır. Bunun için faz dönüşümünün mikroyapısı, termal ve kristallografi analizin yanı sıra sinkrotron deneyleri ile kompozisyon optimizasyonu da yapılmıştır. Ferromanyetik τ-fazının oluşması için alaşımda belli bir Manganez miktarının olması gerektiği gözlemlenmiştir. →τ dönüşümü -fazının düzenine bağlı olduğu ve düzenli '-fazı olmadan τ-fazının oluşmadığı fark edilmiştir. Mn miktarı arttıkça ' ve τ-fazları oluşmamakta, kararlı fazlar oluşmaktadır. Çalışmanın üçüncü bölümünde, 3B yazıcılar kompozit yapıdaki kalıcı mıknatısların üretimi için yeni bir üretim metodu olarak öne sürülmüştür. Üretilip, karakterize edilen nadir toprak elementi içermeyen MnAl tozları polimer ekstrüsyon yöntemi ile bir filament haline getirilmiştir. Manyetik özelliklerinin içerisindeki toz miktarına ve tozların mıknatıslanma miktarına bağlı olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Magnetic materials play a critical role in devices for the conversion, transmission and energy storage. There is a growing demand for NdFeB permanent magnets with high coercivity and magnetic flux. These magnets have been the focus of research for almost 30 years. While magnets are increasingly dependent upon rare-earths, there has been an effort to minimize or substitute their use. In this study, two permanent magnet alloys without any rare-earth elements have been investigated in details. AlNiCo magnets are good candidates to be produced with novel methods and investigated with the latest analysis techniques. Magnetic materials exhibit unique properties at nanoscales and the behavior of AlNiCo magnets in nanoscale is uncertain. Ball milling and hydrogen plasma experiments have been carried out for nanopowder synthesis. Nanoparticles of AlNiCo 5-7 alloy produced by plasma technique showed higher coercivity relative to ball-milled powders. Core/shell structure contributes to the increase in coercivity due to effective exchange coupling and the shell serves as a protective layer against room temperature oxidation. Magnetism of MnAl alloys derives from a ferromagnetic metastable τ-phase. In order to improve the magnetic properties, ε-to-τ transformation should be well established. Microstructural, thermal and crystallographic analysis are carried out with synchrotron analysis. It is observed that there is a compositional limit to ferromagnetic τ-phase formation. ε→τ transformation is found to be dependent on ordering of the ε-phase and can only proceed with ε'-phase. As Mn content increases compositional ordering do not take place and stable phases form. In the third part of the study, 3D printing is presented as a novel manufacturing method for permanent magnets in composite structure. A filament of magnetic MnAl powders embedded in a polymer binding material is produced through extrusion. Operating parameters are optimized and several prototypes are printed. It is observed that magnetic properties of bonded magnets are affected by the weight ratio and magnetic properties of the magnetic filler.
Benzer Tezler
- Yerli hammaddelerden ferritik mıknatısların üretilmesi ve manyetik özelliklerinin geliştirilmesi
The production of strontium hexaferrit (sro.6fe2o3) magnets and be developed their magnetic properties with domestic raw material
HAKAN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. MUSTAFA KELAMİ ŞEŞEN
- Development of rare earth-free negative electrode materials for NiMH batteries
NiMH bataryalar için nadir toprak elementi içermeyen negatif elektrotların geliştirilmesi
EZGİ ONUR ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Baryum magnezyum tantalat seramiklerinin dielektrik özelliklerine nadir toprak elementlerinin etkileri
The effects of rare earth elements on dielectric properties of barium magnesium tantalate ceramics
BERHAN ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
- Development of a novel method to obtain complex shaped magnetic structures for additive manufacturing
Eklemeli imalat yöntemiyle kullanılabilecek kompleks formdaki manyetik yapıların elde edilmesi için özgün metod geliştirilmesi
ONUR ZIRHLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Metalurji MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM BURÇ MISIRLIOĞLU
DOÇ. DR. OZAN AKDOĞAN
- Nadir toprak iyonları ile katkılandırılmış çinko oksit tellürit (TeO2-ZnO) camlarda beyaz ışık üretimi ve karakterizasyonu
Characterization and generation of white light in rare earth ions doped zinc oxide telluride (TeO2-ZnO) glasses
AYFER KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL ERYÜREK