Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2015/215 HjÄSllI J' i--ill- Mi ZAKLJUČNO POROČILO RAZISKOVALNEGA PROJEKTA A. PODATKI O RAZISKOVALNEM PROJEKTU 1.Osnovni podatki o raziskovalnem projektu Šifra projekta L2-4099 Naslov projekta Zaščiteni trajni magneti za napredne aplikacije pri visokih temperaturah Vodja projekta 18594 Paul John Mc Guiness Tip projekta L Aplikativni projekt Obseg raziskovalnih ur 7560 Cenovni razred C Trajanje projekta 07.2011 - 06.2014 Nosilna raziskovalna organizacija 106 Institut "Jožef Stefan" Raziskovalne organizacije -soizvajalke 1555 Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta Raziskovalno področje po šifrantu ARRS 2 TEHNIKA 2.04 Materiali 2.04.02 Kovinski materiali Družbenoekonomski cilj 06. Industrijska proizvodnja in tehnologija Raziskovalno področje po šifrantu FOS 2 Tehniške in tehnološke vede 2.05 Materiali B. REZULTATI IN DOSEŽKI RAZISKOVALNEGA PROJEKTA 2.Povzetek raziskovalnega projekta1 SLO Namen projekta z naslovom "Zaščiteni trajni magneti za napredne aplikacije pri visokih temperaturah" je bil izdelati magnetni material, ki bi bil uporaben pri temperaturah nad 400 C tako, da bi modificirali temperaturno odvisnost magnetizacije in zaščitili ga pred oksidacijo. Pri projektu je sodeloval institute Jožef Stefan, Univerza v Ljubljani in tovarna Magneti d.d.. V prvem delu smo se ukvarjali z razvojem izboljšanih visokotemperaturnih lastnosti Sm2Co17 magnetov, ki pri zvišanju temperature za 100° C izgubijo okoli 20% magnetizacije. Z zamenjavo Sm z Gd smo uspeli znižati negativno temperaturno odvisnost magnetizacije. Čeprav ima magnet pri sobni temperature nižje lastnosti kot običajen Sm2Co17 magnet, pa se mu z višanjem temperature počasneje znižuje. Pri temperature nad 400 °C ima zato magnet z Gd boljše magnetne lastnosti kot brez Gd. V drugem delu projekta smo izdelali prevleke za preprečitev oksidacije in odparevanja samarija, kar je velik problem pri temperaturah nad 400 ° C. Primerjali smo prevleke na goli magnet in prevleke na že obstoječo nikljevo prevleko. Pokazalo se je da se prevleke veliko bolje obdržijo na magnetih, ki že imajo nanešeno nikljevo plast zato ker površina ni groba in je nanos druge prevleke veliko bolj homogena in zaprta. Od prevlek katere smo uporabili se je najbolje izkazal CrN, pri katerem je bila oksidacija, torej povečanje mase najnižja. Magnetne meritve so tudi potrdile, da se magnetne lastnosti najbolj obstojne s CrN prevleko. Če boljše lastnosti dobimo, če so predhodno že ponikljani magneti. Takšni magneti, ki so primerni za visokotemperaturne aplikacije, so zelo specifični na tržišču in so zelo primerni za tovarno Magneti d.d., ki se želi na tržišču uveljaviti ko proizvajalec magnetov z dodano vrednostjo, kjer tržišče ni veliko je pa marža toliko večja. ANG_ The goal of the project with the title "Protected Permanent Magnets for Advanced High-Temperature Applications" was to produce a magnetic material, which would be useful a temperatures above 400 °C. This would be done by modifying the temperature dependence of the magnetization and by protecting it from oxidization. The project partners were the Institut Jožef Stefan as the coordinator, the University of Ljubljana and the company Magneti d.d.. In the first part of the project dealt with the development of enhanced high-temperature properties of Sm2Co17 magnets. They loose about 20 % of their magnetic properties when the temperature is being elevated by 100 °C. With the partial replacement of Sm with Gd we were able to lower the negative temperature dependence of the magnetization. The replaced magnet has at room temperature lower properties, but because of the slower decrease of the magnetic properties with increasing temperature, the properties are better at 400 °C compared to the ordinary Sm2Co17 magnets. In the second part of the project we developed coatings for the protection against corrosion and samarium evaporation, which is a huge problem with these magnets at temperatures above 400 °C. We compared coatings on bare magnets and on magnets which already had a Ni coating. We showed that the coating had much better adhesion on the magnets which were already pre-coated with Nickel, because the bare magnets has very rough surface which is smoothed out by a Ni pre-coating. The coating is much more homogeneous and has no holes. From the coatings that we used we saw that we get the best high temperature protection when coated with CrN. This resulted in the lowest mass increase compared to the bare one. This was also confirmed by the magnetic measurements, where the magnetic properties deteriorated the least with the CrN coating. Even better results were obtained when the magnet was pre-coated with Ni. Such magnets can be used in high temperature applications above 400 °C. The marked of such magnets is a very specific and small, but it provides a product with added value. This is very important for the company Magneti d.d., which wants to produce magnets with a high added value. 3.Poročilo o realizaciji predloženega programa dela na raziskovalnem projektu2 V okviru projekta »Zaščiteni trajni magneti za aplikacije pri visokih temperaturah« smo raziskovali temperaturno odvisnost Sm2Co17 magnetov in možnost povečanja njihove temperaturne obstojnosti. Magnete Sm2Co17 katere proizvedejo v tovarni Magneti d.d. smo najprej okarakterizirali, da bodo služile kot referenčne vrednosti za vse nadaljnje raziskave na modificiranih Sm-Co magnetih. Prav tako smo primerjali karakteristike magnetov z in brez nikljeve zaščitne prevleke, katero prevleko izvaja podjetje Glinek po naročilo podjetja Magneti. Vsi magneti imajo sestavo 25,5 % Sm, 17,8% Fe, 5,3% Cu, 2,8% Zr in 48,6 % Co. Iz teh sestav so bile narejene zlitine katere so bile zdrobljene na nekaj mm in nato mlete do povprečne velikosti delcev 4,15 mikronov. Prah je bil nato stisnjen s sili 4-5 ton, da doseže gostoto vrednost 5 g/cm3. Stisnjeni magneti so bili nato sintrani, da dosežejo želene magnetne lastnosti. Nato so se magneti še prevlekli s 4 mikronsko plastjo bakra in 10 mikronsko plastjo niklja, kot zaščito pred korozijo in krušenjem samega magneta. Magnetne lastnosti smo analizirali na magnetometer podjetja Steingroever, ki je hiter in enostaven za uporabo in je primeren za hitre analize. Magnete smo najprej namagnetili s 6 Tesli, da je bil magnetni moment nasičen. Nato smo izmerili demagnetizacijsko krivuljo pri sobni temperaturi, 50 °C, 100 °C in 180 °C, da smo dobili občutek kako magnet reagira na povišano temperaturo. Uporabljeni permeameter ne doseže dovolj velikega magnetnega polja, da bi lahko razmagnetil naše magnete. Šele pri temperaturi 180 °C se magnet razmagneti toliko, da lahko določimo koercitivno magnetno poljsko jakost. Za nezaščitene magnete remanenčna magnetizacija (Br) pade iz 1,056 T pri sobni temperaturi na 0,987 T pri 180 °C. Šele pri 180 °C uspemo razmagnetiti magnet z zunanjim magnetnim poljem 1380 kA/m. Pri zaščitenih magnetih remanenčna magnetizacija pade iz 1,176 T na 1.102 T. V obeh primerih je padec remanenčna magnetizacija ~ 6,5 %. Vrednost koercitivne magnetne poljske jakosti (HcJ) je 1340 kA/m. Opazili smo tudi, da se magnetne lastnosti magnetov iste šarže med seboj razlikujejo tudi za 5 %. Te razlike se pojavijo zaradi različnih temperaturnih gradientov v peči med sintranjem. To otežuje primerjavo magnetov med seboj. Sledila je mikrostrukturna karakterizacija vzorcev zlitin Sm-Co. Za preiskave smo uporabili vzorce pripravljene po klasičnem metalografskem postopku. Vzorci v jedkanem in nejedkanem stanju so bili pregledani s pomočjo svetlobne in vrstične elektronske mikroskopije. Opravljene so bile tudi meritve velikosti zrn matrice ter izmerjene debeline nanesene zaščitne plasti niklja. Ugotovljena velikost zrna je bila v primeru nezaščitenega magneta 348,4 pm2 (ASTM 5,49 G) in v primeru zaščitenega 472,5 pm2 (ASTM 5,93 G). Preiskave z vrstično elektronsko mikroskopijo vzorca brez in z zaščitno plastjo niklja so pokazale tudi prisotnost poškodb zaščitne plasti niklja in dekohezijska področja pod zaščitno plastjo niklja. Sicer sta oba vzorca zlitine Co-Sm po preiskavah z EDS (SEM) pokazala visoko stopnjo homogenosti mikrostrukture na posameznih mestih predvsem po mejah kristalnih zrn osnove prisotnost še dveh faz. Debelina zaščitne plasti niklja je znašala 20 pm. Ugotovljena je bila prisotnost Ni in Cu v plasti. Ugotovili smo tudi, da je površina nezaščitenega magneta preveč hrapava, da bi imela prevleka ustrezno zaščitno funkcijo. Površina nikljanega magneta je bolj zaobljena in pogojno primerna za nanos. V nadaljevanju smo v napravi Balzers Sputron nanesli TiN prevleko, z vmesno plastjo Ti, na celoten vzorec z nikljevo vmesno plastjo, da bi lahko preučevali vpliv korozije in izhlapevanja med temperaturno obremenitvijo. Težavo z montiranjem relativno majhnih vzorcev smo rešili s predhodnim namagnetenjem, tako da smo jih lahko pritrdili na kovinske nosilce brez vijačenja ali kakšne podobne mehanske pritrditve. Dvostransko nanašanje smo zagotovili z dvema zaporednimi nanosi v dveh nasprotnih orientacijah vzorca. S tem se je sicer po plašču prevleka nanesla dvakrat, kar pa zaradi geometrije (tanjša prevleka) ne predstavlja problema. Debelina prevleke je okoli 2 um. Vzorce pripravljene z dvostranskim nanašanjem smo opazovali na optičnem mikroskopu. Metalografski vzorci (po preseku) so bili pripravljeni, tako da lahko opazujemo zunanjo površino, notranjo površino ter zgornji in spodnji zunanji površini. Svetlobni mikroposneteki so priloženi. Iz slik (1-5) je razvidno da je notranja površina Ni/TiN magneta bolj groba od zunanje. Na zunanji strani magneta svetlobni mikroposnetki kažejo gladko površino, ki je na vrhu prekrita s TiN, ki je viden le pri največji povečavi. Ta plast je prisotna na površini in se ne lušči, kot v primeru magneta prevlečenega samo s plastjo TiN. Na podlagi teh rezultatov lahko sklepamo, da dodaten nanos vmesnih slojev (nikelj) preprečuje luščenje TiN prevleke. Opazili smo na Sm-Co magnetu prekritega s prevleko Cu, Ni in TiN, svetlejša področja kjer del površine ni prekrit s plastjo TiN (slika 3). Stanje po temperaturni obremenitvi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni, prikazujejo elektronski mikroposnetki (povratno sipani elektroni) iz površine magneta. Na posnetkih so opazna temnejša in svetlejša področja (slika 4 in 5). Iz mikroanalize na sliki 6 in tabele 1 je razvidno, da temno področje predstavlja območje prevlečeno s TiN prevleko (pretežno titan) svetlo področje pa območje brez TiN prevleke (pretežno nikelj). Iz slik je razvidno ra robovi nudijo še zadostno zaščito medtem ko notranja površina kaže že luščenje prevleke. Da bi simulirali korozijo in izparevanje Sm v realnem okolju smo TiN prevlečene in neprevlečene magnete izpostavili povišani temperaturi in zraku. Magnete smo na zraku segrevali v cevni peči na 400 °C in držali temperaturo 200h. Po poteku prvih 100h smo magnete vzeli iz peči, izmerili magnetne lastnosti in dali nazaj v peč za drugih 100h. Razlika med prevlečenim in neprevlečenim magnetom se je videla že pri prvih 100h toplotne obdelave. Medtem ko se je pri prevlečenem magnetu površina le malo potemnila, je površina neprevlečenega magneta »pooglenela«. Pri nadaljnjih 100h se je pri neprevlečenem magnetu opazilo že pokanje nikljeve plasti, medtem ko je površina TiN prevlečenega magneta ostala nespremenjena. Mehanske lastnosti neprevlečenega magneta se je tako poslabšala, da se je magnet med merjenjem magnetnih lastnosti pod silo zunanjega polja zdrobil. Obema vzorcema se magnetne lastnosti poslabšajo po temperaturni obremenitvi, vendar pri prevlečenem magnetu koercitivnost počasneje pade kot pri neprevlečenem. Pri temperaturni obremenitvi (400 °C/200h) je padec koercitivnosti prevlečenega magneta 50 % nižji kot pri neprevlečenem magnetu. Pri neprevlečenem magnetu se koercitivnost zniža za 45 kA/m medtem ko se koercitivnost prevlečenega zniža za 21 kA/m. Magnetne meritve so priložene. V nadaljevanju smo hoteli bolj intenzivno testirati vpliva visokih temperatur na stabilnost magnetov, prekritih s prevleko TiN. Zanimalo nas je v kolikšni meri pride do difuzije samarija iz notranjosti preko prevleke do površine ter na koncu do oksidacije ali pa odparevanja v atmosfero. To smo izvedli tako, da smo periodično merili mase vzorcev. V kolikor je prišlo do oksidacije/odparevanja samarija, se masa vzorca zmanjša/poveča in to spremembo lahko z natančno mikrotehtnico izmerimo. Zaradi težav pri merjenju magnetnih lastnosti nad 180 °C smo začeli uporabljati magnete manjših dimenzij (2x2x6mm), kateri niso bili premočni za magnetometer s tresočim vzorcem. Zaradi enostavnejših dimenzij bo nanos TiN tudi bolj enakomeren. Magnete smo najprej namagnetili s 6 Tesli, da je bil magnetni moment nasičen. Nato smo izmerili demagnetizacijsko krivuljo pri temperaturah 20 °C, 100 °C, 200 °C, 300 °C, 400 °C in 500 °C (slika 7). Iz grafa je razvidno, da naš magnetometer lahko razmagneti vzorec šele pri 200 °C. Za nižje temperature bi potrebovali višja polja. Lepo je viden padec magnetizacije in koercitivnosti z višanje temperature, do 500 °C, kjer magnet skoraj ni več magneten in se približujemo Curie-jevi temperaturi Sm2Co17. Magnetizacija pade iz 98,2 emu/g pri 20 °C na 62,4 emu/g pri 500 °C, padec koercitivnost pa je veliko hitrejši, kar je pričakovano (slika 8). Slike so v priponki. Dodatno smo izvedli poskuse na dveh dodatnih prevlekah in jih primerjali s TiN (slike 9-11). Magnetke smo razdelili na štiri enake skupine. Ena je bila kot kontrolna skupina, na ostale tri pa smo nanesli tri različne PVD-prevleke: TiN, CrN in TiAlN. V vsaki od skupin je bilo pol magnetkov golih, pol pa nikljanih. Tako smo dobili kombinacije SmCo, SmCo/Ni, SmCo/TiN, SmCo/Ni/TiN in enake pare še za prevleki CrN in TiAlN. Prevleke smo nanesli v eksperimentalni napravi za nanašanje Balzers Sputron. Zaradi majhnih dimenzij jih nismo mogli vpeti z običajnimi vpenjali, temveč smo jih pritrdili na magnete. Da bi zagotovili nanos prevleke po celotni površini, smo vsako prevleko nanesli dvakrat, vmes pa magnetke obrnili. Po nanosu smo magnetke stehtali, nato pa jih razdelili v štiri drugačne skupine, in sicer smo jih pregrevali pri treh različnih temperaturah: 305 °C, 450 °C in 550 °C. Četrta skupina je bila referenčna, brez pregrevanja. Pregrevanje smo izvajali v cevni peči pri atmosferskih pogojih. Skupaj je pregrevanje trajalo dve uri, vmes pa smo vzorčke štirikrat vzeli peči, jih stehtali in dali nazaj v peč. Na ta način smo dobili dinamiko prirastka mase, ki je posledica napredujoče oksidacije. Značilne vrednosti so nekaj pg (za 350 °C) do nekaj sto pg (za 550 °C). Rezultati so na slikah 12 in 13. Ob predpostavki parabolične, difuzijsko pogojene oksidacije velja Arrehniusova enačba, iz katere lahko izračunamo parametre oksidacije (aktivacijsko energijo in konstanto). Iz teh vrednosti lahko ovrednotimo, do kolikšne mere deluje katera od plasti kot difuzijska bariera (slika 14). Prišli smo do naslednjih ugotovitev. Pri golih magnetkih (brez nikljeve spodnje plasti) vse tri PVD- prevleke znatno izboljšajo obstojnost proti oksidaciji, pri čemer je najboljša CrN, sledi TiAlN, najmanjši prispevek pa daje TiN. Pri nikljanih magnetkih pa ima nanos TiN-prevleke proti pričakovanjem negativen rezultat, torej poslabša obstojnost proti oksidaciji. Prevleka TiAlN bistvenega efekta nima, CrN-prevleka pa oksidacijsko obstojnost malenkostno popravi. Te ugotovitve smo potrdili tudi z magnetnimi meritvami, katere smo izvajali na SQUID-u, ki je bolj natančen od VSM-a (slika 15). Začetni material, torej Sm2Co17 brez zaščite in brez toplotne obdelave ima koercitivnost nad 2000 Oe in magnetizacijo okoli 103 emu/g. Sama toplotna obdelava zniža koercitivnost na 13000 Oe in magnetizacijo dvigne na 106 emu/g. Če pogledamo kako vplivajo prevleke na magnetne lastnosti vidimo, da je pri vseh treh koercitivnost ustaljena pri približno 15000 Oe, razlika pa se pokaže pri magnetizaciji ali remanenci. Tukaj je največja remanenca pri vzorcu prekritega z Ni/CrN in najnižje pri vzorcu prekritega z Ni/TiN. Povečanje magnetizacije in znižanje koercitivnosti gre na račun rasti zrn, vendar je razlika med vzorci, glede povečanja remanence, zaradi oksidacije in evaporacije Sm, kar remanenco zniža. Tako je najboljša zaščita pred korozijo, med uporabljenimi prevlekami, Ni/CrN prevleka. 4.Ocena stopnje realizacije programa dela na raziskovalnem projektu in zastavljenih raziskovalnih ciljev3 Projekt je potekel v skladu z načrti, ki so bili podani. Vsi sklopi so končani in vsi partnerji so opravili svoje naloge. 0. Sklop - Koordiniranje projekta Komunikacija med partnerji je bila odlična, saj so bili opravljeni redni sestanki in izmenjava informaciji preko elektronske pošte in drugih načinov sodobne komunikacije. Vsi sklopi so potekali po načrtu in nastale težave med projektom so bile odpravljene sprotno. 1. sklop - Izbira materialov Najbolj primeren material za znižanje temperaturne odvisnosti se je pokazal pri izmenjavi 45 % Sm z Gd, kar je bilo v skladu z literaturo in ab-initio kalkulacij. Ti materiali kažejo boljše lastnosti kot samo Sm2Co17 magneti pri temperaturah od 400-500°C. 2. sklop - Karakterizacija materialov Karakterizacija materialov je potekala 30 mesecev in je vsebovala analiza mikrostrukture materialov in analiza magnetnih materialov. Primeri mikrostruktur in magnetnih lastnosti so pripeti poročilu, kar je samo majhen del dela opravljenega na tem področju. Pravilna mikrostruktura in magnetne lastnosti so bili ključnega pomena tudi pri sami izbiri pravilnega materiala v sklopu 1. Nanos prevleke smo okarakterizirali na optičnem in elektronskem mikroskopu, prav tako smo preverjali vpliv toplotne obdelave na magnetne lastnosti. 3. sklop - Sinteza magnetov Nova oprema za izdelavo specialnih Sm-Co magnetnih prahov deluje z 100% zmogljivostjo in rezultati analiz so potrdile uspešne testne šarže. S tem bo lahko izpolnil povpraševanje magnetov za visoko temperaturne aplikacije. Cilj tega sklopa je izpolnjen. 4. sklop - Karakterizacija magnetov Merjenje magnetnih lastnosti pri povišani temperaturi je zelo zahtevno. Temperaturna stabilnost smo izboljšali iz ±3 °C pri 200 °C na ±4 °C pri 400 °C. Do konca na je uspelo izboljšati temperaturno stabilnost na ±3 °C pri 400 °C, kar je malo pod ciljii, a še vedno dober rezultat, ki bo pomagal tudi v prihodnosti opraviti verodostojne meritve na permeametru. V prihodnosti bomo poskušali vrednost še izboljšati. 5. sklop - Priprava in oplaščenje magnetov Testiranje različnih delnih prevlek je pokazala, da najboljše prevleke dobimo, če magnet predhodno prevlečemo z nikljevo plastjo. Od uporabljenih prevlek se je najbolje odrezal CrN, ki tudi sam po sebi izboljšuje korozijsko obstojnost v primerjavi z nikljem. V kombinaciji z njim pa dobimo najboljšo korozijsko zaščito, ki je tudi mehansko in temperaturno stabilna. Cilj tega skopa je tako izpolnjen. 6. sklop - Testiranje magnetov Pri dodatnih testiranjih prevlek so uporabili metodo spremljanja spremembo mase z periodičnim merjenje vzorcev pri različnih temperaturah. S tem smo dobili dodatne informacije glede mehanizma oksidacije in kako različna prevleka vpliva na ta mehanizem. Vsi projektni cilji so bili doseženi tako v časovnem kot v rezultatskem smislu. 5.Utemeljitev morebitnih sprememb programa raziskovalnega projekta oziroma sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave projektne skupine4 Ni prišlo do spremembe programa raziskovalnega projekta. 6.Najpomembnejši znanstveni rezultati projektne skupine5 Znanstveni dosežek 1. COBISS ID 980650 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Analiza korozijskih lastnosti hitro kaljenih Nd-Fe-B trakcev oblečenih z alumino. ANG Analysis of corrosion properties of melt spun Nd-Fe-B ribbons coated by alumina coatings Opis SLO S sol-gel metodo smo oplaščili hitro strjene Nd-Fe-B-trakove za uporabo pri izdelavi plastomagnetov. Za analizo topografije in kemične sestave hitro strjenih in oplaščenih trakov smo uporabili Augerjevo elektronsko spektroskopijo, rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo, spektroskopijo sekundarnih elektronov in elektronsko difrakcijsko spektroskopijo. Za določitev protikorozijske učinkovitosti oplaščenja smo izvedli pospešeni stresni preizkus pri temperaturi 110 °C in 90-odstotni vlažnosti, čemur je sledila analiza masnih izgub. Z vibracijskim magnetometrom smo primerjali magnetne lastnosti prahov pred oplaščenjem in po njem. Oplaščanje z Al [spodaj]{2}O[spodaj]O{3} je izkazalo kot izvrstna protikorozijska zaščita materiala, ki je odlično zaščitila tudi magnetne lastnosti. Aplikacije plastomagnetov se s tem lahko razširijo tudi na področja, ki zahtevajo zahtevnejše atmosferske razmere, tj. pri višjih temperaturah in visoki vlažnosti. ANG We have coated Nd-Fe-B melt spun powders, used for the production of bonded magnets via the sol-gel route by Al[sub]{2}O[sub]{3}. Topography and chemical composition of as-spun and protected ribbons was compared by Auger electron spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, secondary electron spectroscopy and electron diffraction spectroscopy. To determine the corrosion properties, we have conducted a Highly accelerated stress test, at 110 °C and 90 % humidity, followed by measuring the weight change. To confirm the effectiveness of the coated layer, magnetic properties were compared with a vibrating sample magnetometer. Al[sub]{2}O[sub]{3} coatings resulted in superior corrosion resistance and magnetic properties and thus expanding the applicability of bonded magnets to severe atmospheric conditions. Objavljeno v Inštitut za kovinske materiale in tehnologije; Materiali in tehnologije; 2013; Letn. 47, št. 2; str. 223-228; Impact Factor: 0.555;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 2.554; WoS: PM; Avtorji / Authors: Sojer David, Škulj Irena, Kobe Spomenka, Kovač Janez, McGuiness Paul J. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 2. COBISS ID 27413799 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Vpliv Ni na magnetokaloričen efekt v mehko-magnetnih amorfnih Nanoperm zlitinah ANG Influence of Ni on the magnetocaloric effect in Nanoperm-typesoft-magnetic amorphous alloys Opis SLO Preučili smo vpliv Ni na magnetokaloričen efekt (MKE) v seriji mehko-magnetnih amorfnih Nanoperm zlitinah Fe84-xNixZr6B10 z x=0, 2, 4 in 6. Kot pričakovano se je Curie-jeva temperatura povišala z količino Ni iz 427 K za x=0 do 482 K za x=6. Maksimalna magnetne entropijska sprememba (ASm(peak)) se je tudi povečala in dosegla vrednost 1,52 J/kgK za x=6, kar je 25% večja vrednost v primerjavi z zlitino brez Ni. Hladilna kapaciteta najprej pade za x=2 in se nato poveča, tako da doseže vrednost 93 J/kg (AH = 1.4 T) za x=6. Preračunano za spremembo polja za 5 T, dobimo vrednost 407 J/kg, kar je višje od 355 J/kg doseženo z Gd5Ge1.9Si2Fe0.1. Potrdili smo tudi da vse ASm krivuje magnetnega prehoda drugega reda sovpadajo v eno tako imenovano "glavno krivuljo" za različne sestave iste serije zlitin, kar omogoča lažje in hitrejše iskanje primernih kandidatov za magnetni hladilnik. We have studied the influence of Ni on the magnetocaloric effect (MCE) in Nanoperm-type amorphous materials by investigating a series of Fe84-xNixZr6B10 alloys with x=0, 2, 4 and 6. As expected, the Curie temperature increased with the amount of Ni from 427 K for x=0 to 482 K ANG for x=6. The maximum magnetic entropy change (ASm(peak)) for an applied field of 1.4 T also increased, reaching a value of 1.52 J/Kkg for x=6, which is an increase of 25% compared to the Ni-free alloy. The refrigerant capacity first decreased for x=2 and then increased, reaching a maximum value of 93 J/kg (ДИ = 1.4 T) for x=6. For a 5 T field change, the value increased to 407 J/kg, which is higher than the 355 J/kg achieved with Gd5Ge1.9Si2Fe0.1. We confirmed the proposed "master curve" behavior for second-order magnetic transition (SOMT) alloys for the temperature dependence of ASm for different alloy compositions of the same series, which makes it easier and faster to find proper candidates for a magnetic refrigerator. Objavljeno v Elsevier Sequoia; Journal of alloys and compounds; 2013; Vol. 591; str. 29-33; Impact Factor: 2.726;Srednja vrednost revije / Medium Category Impact Factor: 0.916; A': 1; WoS: EI, PM, PZ; Avtorji / Authors: Podmiljšak Benjamin, Kim J. H., McGuiness Paul J., Kobe Spomenka Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 3. COBISS ID 1424479 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Izdelava Ni-Mn-Ga porozne strukture ANG Production of Ni-Mn-Ga foam Opis SLO V delu je opisan postopek izdelave zlitine na osnovi Ni-Mn-Ga, ki sodi med sodobne magnetne materiale. Izdelava zlitine je potekala z ulivanjem taline Ni-Mn-Ga preko porozne forme iz natrijevega aluminata. Tega smo potem odjedkali s pomočjo mešanice kislin in dobili porozen magneten material, ki izkazuje t.i. pojav magnetnega oblikovnega spomina. ANG In this work we describe the procedure to produce alloy based on Ni-Mn-Ga which is considered to be modern magnetic material. Alloy has been synthesized bz pouring the molten Ni-Mn-Ga alloy over a porous mould made of sodium aluminate. This has then been etched away using a mixture of different acids and got porous magnetic material that exhibits so-called giant magnetic shape memory effect. Objavljeno v Naravoslovnotehniška fakulteta;Inštitut za rudarstvo, geotehnologijo in okolje; RMZ - Materials and geoenvironment; 2013; Vol. 60, no. 3; str. 191-196; Avtorji / Authors: Naglič Iztok, Žužek Rožman Kristina, McGuiness Paul J., Kelhar Luka, Kobe Spomenka, Markoli Boštjan Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek 7.Najpomembnejši družbeno-ekonomski rezultati projektne skupine6 Družbeno-ekonomski dosežek 1. COBISS ID 1083230 Vir: COBISS.SI Naslov SLO Magnetne zlitine na osnovi niklja z oblikovnim spominom. ANG Magnetic shape memory effect in Ni-based alloys Na 45. Mednarodni konferenci rudarstva in metalurgije v Srbiji smo predstavili naše delo magnetnih zlitin na osnovi niklja z oblikovnim spominom. Magnetne zlitine z oblikovnim spominom veljajo za aktivne materiale, ki omogočajo hitro in velike deformacije ob uporabi magnetnega polja. To je zaradi gibanja dvojčičinih mej pod vplivom notranje napetosti, zaradi energije magnetne anizotropije, in ni reverzibilen po odstranitvi zunanjega magnetnega polja. Magnetoplastičnost so temeljito raziskali, za izven stehiometrične MnGa Heusler zlitine (npr.), ki so kot monokristali kazali veliko magnetoplastično napetost (do 10%, če so optimalno usmerjeni v magnetnem polju), zaradi deformacij, ki nastanjejo pri Opis SLO dvojčičenju in velike magnetne anizotropijske konstantne. Ker rast NiMnGa monokristalov počasna in povzroča hudo segregacijo, ki vplivajo na lokalno sestavo, kristalno strukturo in magnetoplastično napetost smo NiMnGa sintetizirali z obločnim taljenjem. S tem in toplotno obdelavo smo ublažiti problem segregacije. Naknadna infiltracija tekoče taline v peno natrijevega aluminate je privedlo do polikristalnih magnetnih zlitin z oblikovnim spominom, z enojno in bimodalno odprto poroznostjo, ki lahko vzdržijo magnetoplastične napetosti (proizvedena izključno z magnetnimi silami pri stalni temperaturi in brez mehanskega stresa) zanemarljivo majhna v primerjavi z vrednostmi dobljenih pri monokristalih. ANG On the 45th International October Conference on Mining and Metallurgy we presented our work on Magnetic shape memory effect in Ni-based alloys. Magnetic shape memory alloys are considered to be active materials enabling rapid, large strain actuation upon application of a magnetic field. This is due to twin boundaries movement under the influence of an internal stress produced by magnetic anisotropy energy, and is not recovered upon removal of the field. Magnetoplasticity has been extensively studied for off stoichiometric MnGa Heusler alloys (e.g.,), which as single crystals exhibit large magneto-plastic strains (up to 10% when optimally oriented to the magnetic field) due to deformation by twinning and a large magnetic anisotropy constant. Since the growth of NiMnGa single crystals is slow and leads to severe segregation, affecting local composition, crystal structure, and magneto-plastic strain we have adopted a way of synthesis of the NiMnGa via arc-melting. This, followed by subsequent annealing of alloys, mitigated the problem of segregation. Subsequent liquid melt infiltration into a sodium aluminate based foam resulted in a polycrystalline magnetic shape-memory alloys with single and bimodal open porosity that can exhibit magneto-plastic strains (produced solely by magnetic forces at constant temperature and without mechanical bias stress) negligibly small as compared to single crystal values. Šifra B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci Objavljeno v University of Belgrade, Technical Faculty; Proceedings; 2013; str. 616-619; Avtorji / Authors: Markoli Boštjan, Naglič Iztok, Žužek Rožman Kristina, McGuiness Paul J., Kobe Spomenka Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci 8.Drugi pomembni rezultati projetne skupine7 9.Pomen raziskovalnih rezultatov projektne skupine8 9.1.Pomen za razvoj znanosti9 SLO Skupina iz IJS ima na področju magnetov SmCo, NdFeB in SmFeN bogate izkušnje in je eden od vodilnih raziskovalnih inštitutov trajnih magneto na svetu. To je dokazala tudi z pridobitvijo štirih evropskih projektov na tematiko trajnih magneto v zadnjih treh letih. Prav tako je družba Magneti d.d pa že 20 let drži vlogo uspešnega majhnega/srednjega proizvajalca magnetov na Evropskem tržišču. Omenjena partnerja sta uspešno z Univerzo v Ljubljani prenesla izkušnje in strokovno znanje, potrebno za razvoj in plasiranje novega produkta na relativno majhnem (gledano globalno) vendar visoko dobičkonosnem tržišču v ta projekt. V projektu so bila pridobljena strokovna znanja, ki so vodila do novih znanstvenih ugotovitev in postopkov. Uspešno smo izdelali magnetni material z visokimi učinki pri temperaturah 400-500° C, ki presegajo dosedanjo temperaturno mejo 350°C za aplikacije v elektronskih napravah za ojačitev radiofrekvenčnih signalov, v merilnikih pospeškov, giroskopih ter v letalski industriji v mikromotorjih in mikrogeneratorjih, ter izelali novo zaščitno prevleko, ki bo preprečevala oksidacijo in odparevanje redke zemlje pri temperaturah 400-500°C, kar za zdaj predstavlja največjo oviro pri implementaciji ultra visokotemperaturnih magnetnih materialov. V pisanju so štirje zanstveni članki, ki bodo objavili v prestižnih znanstvenih in tehnoloških revijah. V pripravi je patent kar bo v korist vsem udeleženim članom raziskovalne skupine. Uspešno apliciranjenovega produkta in tehnologije bo prispevalo k večji prepoznavnosti ter posledičn ofinanciranju slovenskih znanstvenikov, sodelujočih na vseh nivojih tematike. Znanstvena ekipa bo odprta tudi za potencialno podeljevanje licenc v okviru patentiranih tehnologij tako v Sloveniji, Evropi kot tudi po celem svetu. ANG_ The group at the JSI has made many important contributions with SmCo, NdFeB and SmFeN magnets and is one of the lead research departments in the field of permanent magnets in the world. This it has proven by getting four European projects in the thematic of permanent magnets in the last three years. In addition, Magneti has for more than 20 years been one of Europe's most successful small/medium magnet producers. These two partners have together with the University of Ljubljana used all their knowledge and experience to push forward a new type of product that will open up a new, relatively small (in the global sense) but highly profitable market for the company. The project achieved some important scientific breakthroughs for the research team as a whole. We have successfully development of a permanent-magnet material that can operate at 400-500 °C, as compared to a current limit of 350°C, for applications such as TWTs, accelerometers, aeronautic gyroscopes and aircraft-engine micro-motors and micro-generators. We also development of a new, thin coating to prevent oxidation and rare-earth evaporation at 400-500°C, which represents a major obstacle to the successful implementation of ultra-high-temperature permanent magnets. There are four papers being written at the moment, which will be published in prestigious scientific and technology journals. There is also a patent in preparation that will benefit all of the members of the research team. The results will lead to successful application for future scientific funds for related projects that will benefit Slovenian scientists working in this field at all levels. The research team will also be open to the potential of licensing technological developments patented in the course of the project to companies in Slovenia, Europe and throughout the world. 9.2. Pomen za razvoj Slovenije10 SLO_ Raziskovan magnetni material bi lahko neposredno izkoristili v letalski industriji v naslednjih 2-7 letih ter v vozilih na električni pogon v naslednjih 5-15 letih. Če bi nam uspelo doseči 25-50% celotnega tržišča na področju magnetnih materialov za ultra visokotemperaturne aplikacije med 400-500 C , bi to vsekakor pozitivno vplivalo na: porast prodaje družbe Magneti d.d. za 15-30 % v naslednjih 5-tih letih, pomemben prispevek k slovenskemu gospodarstvu kot rezultat ekonomskega uspeha projekta in tržni delež v velikosti do 50% na področju evropskih proizvajalcev v primerjavi s svetovnimi proizvajalci v naslednjih 10-tih letih kot rezultat prodaje družbe Magneti d.d. in partnerskih podjetij iz Slovenije in Evrope. Pričakujemo, da bodo družba na novo odprla od 20-50 delovnih mest v naslednjih 5-tih letih. Predviden obseg proizvodnje teh materialov bi po naših ocenah prinesel korist najmanj 7 slovenskim podjetjem, v katerih bi lahko ustvarili dodatnih 15 delovnih mest, predvsem na področju elektronskih komponent, procesnega inženirstva in distribucije. Tehnologijo, katero smo razvili je visoko zahtevna in specializirana ter v primerjavi s konvencionalnimi metodami tudi bolj napredna predvsem iz stališča večje in boljše kontrole proizvodnje v inertni atmosferi ter ozkih procesnih tolerancah. S to tehnologijo smo ustvarili visokokvalificirana delovna mesta, ki bodo bolje plačana. Pomembno je ohraniti tehnološko prednost, saj nam le-ta zagotavlja ohranitev delovnih mest in prednost pred visoko produktivno in poceni industrijo trajnih magneto z daljnega vzhoda. Zgoraj omenjeno dejstvo predstavlja velik izziv mnogim evropskim proizvajalcem magnetnih materialov, še posebno malim in srednjim podjetjem, kot je npr. družba Magneti d.d. Izdelani magneti so tudi ekološko bolj prijazni do Slovenije kot tudi sveta s tem, da bodo lahko delno nadomestili "umazane" tehnologijo izdelave feritov ali magnetov AlNiCo, ter da se bodo magneti uporabili za čistejše in bolj učinkovite tehnologije, kar se nanaša predvsem na njihovo uporabo v transportnih tehnologijah. ANG The researched magnetic material will be directly applicable in aerospace applications within the next 2-7 years, and in electric vehicles over the next 5-15 years. Success in achieving 25-50% of the ultra-high-temperature market for magnets operating at 400-500°C will have the following direct economic effects: a growth in sales for Magneti of 15-30% in the next 5 years ; a significant contribution to the Slovenian national economy, related to the economic success of the project; a market share of up to 50% for EU producers, in relation to the other world producers, over the next 10 years as a result of sales from Magneti and company partnerships with other Slovenian and EU producers. The expected economic success will also be reflected in increased employment at Magneti: an estimated 20-50 more people will be employed over the next 5 years. Additionally 7 Slovenian companies will indirectly benefit the increased production of Magneti, with approximately 15 additional jobs being created through related activities in electronic components, process engineering, distribution and supply. The technology which was developed is at a much higher level than many of the conventional magnet production methods because of the need to work in carefully controlled inert atmospheres and with very tight tolerances being applied to many of the processing steps. This created higher-skilled, and higher-paid jobs through the production of higher-value devices. It is important to maintain a technological edge to prevent job losses through competitive permanent-magnet production in relatively low-wage economies, like China. This is a real risk for many European magnet manufacturers, especially small/medium companies like Magneti. The produced magnets will be also ecologically friendlier, because it will partially replace the "dirty" processes of producing ferrites and AlNiCos and these magnets will also enable cleaner, more-energy-efficient technologies. This applies most particularly to the applications in transport. lO.Samo za aplikativne projekte in podoktorske projekte iz gospodarstva! Označite, katerega od navedenih ciljev ste si zastavili pri projektu, katere konkretne rezultate ste dosegli in v kakšni meri so doseženi rezultati uporabljeni Cilj F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen v Uporaba rezultatov V celoti v F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen v Uporaba rezultatov V celoti v F.03 Večja usposobljenost raziskovalno-razvojnega osebja Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen v Uporaba rezultatov V celoti v F.04 Dvig tehnološke ravni Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen v Uporaba rezultatov V celoti v F.05 Sposobnost za začetek novega tehnološkega razvoja Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen v Uporaba rezultatov Uporabljen bo v naslednjih 3 letih - F.06 Razvoj novega izdelka Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.07 Izboljšanje obstoječega izdelka Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen - Uporaba rezultatov Uporabljen bo v naslednjih 3 letih - F.08 Razvoj in izdelava prototipa Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.09 Razvoj novega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen - Uporaba rezultatov Uporabljen bo v naslednjih 3 letih - F.10 Izboljšanje obstoječega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.11 Razvoj nove storitve Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.12 Izboljšanje obstoječe storitve Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen bo v naslednjih 3 letih - Uporaba rezultatov V celoti - F 14 Izboljšanje obstoječih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.16 Izboljšanje obstoječega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen bo v naslednjih 3 letih — Uporaba rezultatov Delno — F 18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference) Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen bo v naslednjih 3 letih — Uporaba rezultatov V celoti — F.19 Znanje, ki vodi k ustanovitvi novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.20 Ustanovitev novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.21 Razvoj novih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA © NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.22 Izboljšanje obstoječih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.23 Razvoj novih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F 24 Izboljšanje obstoječih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.25 Razvoj novih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.26 Izboljšanje obstoječih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.27 Prispevek k ohranjanju/varovanje naravne in kulturne dediščine Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen bo v naslednjih 3 letih — Uporaba rezultatov Delno — F.28 Priprava/organizacija razstave Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.29 Prispevek k razvoju nacionalne kulturne identitete Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.30 Strokovna ocena stanja Zastavljen cilj DA © NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.31 Razvoj standardov Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.32 Mednarodni patent Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - F.33 Patent v Sloveniji Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen bo v naslednjih 3 letih - Uporaba rezultatov Delno — F.34 Svetovalna dejavnost Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 - Uporaba rezultatov 1 - F.35 Drugo Zastavljen cilj DA NE Rezultat 1 v Uporaba rezultatov 1 - Komentar ll.Samo za aplikativne projekte in podoktorske projekte iz gospodarstva! Označite potencialne vplive oziroma učinke vaših rezultatov na navedena področja Vpliv Ni vpliva Majhen vpliv Srednji vpliv Velik vpliv G.01 Razvoj visokošolskega izobraževanja G.01.01. Razvoj dodiplomskega izobraževanja O o ® o G.01.02. Razvoj podiplomskega izobraževanja o o ® o G.01.03. Drugo: o o o o G.02 Gospodarski razvoj G.02.01 Razširitev ponudbe novih izdelkov/storitev na trgu O O O ® G.02.02. Širitev obstoječih trgov o o o ® G.02.03. Znižanje stroškov proizvodnje o o ® o G.02.04. Zmanjšanje porabe materialov in energije O O ® O G.02.05. Razširitev področja dejavnosti o o o ® G.02.06. Večja konkurenčna sposobnost o o o ® G.02.07. Večji delež izvoza o o ® o G.02.08. Povečanje dobička o o ® o G.02.09. Nova delovna mesta o o ® o G.02.10. Dvig izobrazbene strukture zaposlenih O O ® O G.02.11. Nov investicijski zagon o o o ® G.02.12. Drugo: o o o o G.03 Tehnološki razvoj G.03.01. Tehnološka razširitev/posodobitev dejavnosti O O ® O G.03.02. Tehnološko prestrukturiranje dejavnosti O ® O O G.03.03. Uvajanje novih tehnologij o o ® o 1 G.03.04. Drugo: O o o O 1 G.04 Družbeni razvoj G.04.01 Dvig kvalitete življenja o o ® o G.04.02. Izboljšanje vodenja in upravljanja o o ® o G.04.03. Izboljšanje delovanja administracije in javne uprave O ® O O G.04.04. Razvoj socialnih dejavnosti ® o o o G.04.05. Razvoj civilne družbe ® o o o G.04.06. Drugo: o o o o G.05. Ohranjanje in razvoj nacionalne naravne in kulturne dediščine in identitete ® O O O G.06. Varovanje okolja in trajnostni razvoj O O ® O G.07 Razvoj družbene infrastrukture G.07.01. Informacijsko-komunikacijska infrastruktura ® O O O G.07.02. Prometna infrastruktura ® o o o G.07.03. Energetska infrastruktura ® o o o G.07.04. Drugo: o o o o G.08. Varovanje zdravja in razvoj zdravstvenega varstva ® O O O G.09. Drugo: o o o o Komentar 12.Pomen raziskovanja za sofinancerje11 Sofinancer 1. Naziv MAGNETI, Ljubljana, Podjetje za proizvodnjo magnetnih materialov, d.d., Naslov Stegne 37, 1000 Ljubljana Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: 92.345 EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: 25 % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. D. Sojer, I. Škulj, S. Kobe, J. Kovač, P. J. McGuiness, Protection of Nd2Fe14B-based melt-spun ribbons using nanoscale sol-gel derived films, Surface and Coatings Technology, 232, pp. 123 (2013). A.01 2. Tehnološka posodobitev izdelovanja magnetov z montažo novega jet mlina v tovarni Magneti d.d. F. 14 3. Nova znanstvena spoznanja pri izdelava nove zaščite Sm2Co17 magnetov, pred korozijo in izparevanjem Sm. F.02 4. 5. Komentar V letu 2013 smo izdelali zaščitno za NdFeB trajne magnete za preprečitev korozije med proizvodnjo. S sol-gel metodo smo oplaščili hitro strjene Nd-Fe-B-trakove za uporabo pri izdelavi plastomagnetov. Za analizo topografije in kemične sestave hitro strjenih in oplaščenih trakov smo uporabili Augerjevo elektronsko spektroskopijo, rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo, spektroskopijo sekundarnih elektronov in elektronsko difrakcijsko spektroskopijo. Za določitev protikorozijske učinkovitosti oplaščenja smo izvedli pospešeni stresni preizkus pri temperaturi 110 °C in 90-odstotni vlažnosti, čemur je sledila analiza masnih izgub. Z vibracijskim magnetometrom smo primerjali magnetne lastnosti prahov pred oplaščenjem in po njem. Oplaščanje z Al2O3 je izkazalo kot izvrstna protikorozijska zaščita materiala, ki je odlično zaščitila tudi magnetne lastnosti. Aplikacije plastomagnetov se s tem lahko razširijo tudi na področja, ki zahtevajo zahtevnejše atmosferske razmere, tj. pri višjih temperaturah in visoki vlažnosti. Pravtako se je posodobila oprema za izdelovanje NdFeB magnetov z montažo novega jet mlina, kar bo pripomoglo izdelavi bolj kakovostnih in kvalitetno enakovrednih magnetov. Preizkušali smo vpliv TiN zaščite na korozijo in izparevanja Sm v Sm-Co zlitinah, ki jih proizvedejo v tovarni Magneti d.d.. Najboljše rezultate dobimo na podlagah s predhodno naneseno vmesno plastjo niklja. Le-ta zaobli površino in s tem prekrije neželeno poroznost, ki sicer zelo slabo vpliva na kontinuirnost prevleke TiN. Poleg tega na nikljevih vzorcih ni bilo nobenih težav glede luščenja prevleke, kar smo opazili na poliranih vzorcih brez nikljeve vmesne plasti. Da bi simulirali korozijo in izparevanje Sm v realnem okolju smo TiN prevlečene in neprevlečene magnete izpostavili povišani temperaturi in zraku. Magnete smo na zraku segrevali v cevni peči na 400 °C in držali temperaturo 200h. Po poteku prvih 100h smo magnete vzeli iz peči, izmerili magnetne lastnosti in dali nazaj v peč za drugih 100h. Razlika med prevlečenim in neprevlečenim magnetom se je videla že pri prvih 100h toplotne obdelave. Medtem ko se je pri prevlečenem magnetu površina le malo potemnila, je površina neprevlečenega magneta »pooglenela«. Pri nadaljnjih 100h se je pri neprevlečenem magnetu opazilo že pokanje nikljeve plasti, medtem ko je površina TiN prevlečenega magneta ostala nespremenjena. Mehanske lastnosti neprevlečenega magneta se je tako poslabšala, da se je magnet med merjenjem magnetnih lastnosti pod silo zunanjega polja zdrobil. Na optičnem mikroskopu se je tudi opazilo, da TiN zaščita ne pokriva več celotnega magneta in se je na nekaterih mestih odluščila. Ocena Razvoj Sm-Co magnetov magnetno in korozijkso odpornih na visoke temperature je bil uspešno končan. Razvita je bila ustrezna protikorozijska zaščita. S ponudbo tovrstnih magnetov na trgu bomo povečali konkurenčnost podjtja in s tem povečai njegovo rast. 13.Izjemni dosežek v letu 201412 13.1. Izjemni znanstveni dosežek Začetek novega projekta H2020 REPROMAG V letu 2014 smo dobili projekt REProMag, ki ga je Evropska unija financirala, v okviru H2020, z vsoto 5.726.000 €. V tem projektu smo partnerji in prvo srečanje je bilo organizirali 8.1.2015 v Bruslju. REProMag bo raziskal in razvil nove metode recikliranja magnetov z SDS metodo, ki bo omogočala 100% izkoristek recikliranega materiala. Pri tem se bo uporabila metoda 3D tiskanja kompleksnih oblik in večplastnih delov, ki bi bili 30% bolj učinkoviti in z njimi lahko izdelali magnete z dodatnimi geometrijskimi elementi, kot so navoji, hladilni kanali in strukturne optimizacije. REProMag projekt vključuje vodilne raziskovalne skupine iz Slovenije, Nemčije, Avstrije, Francije in Velike Britanije, skupaj z MSP iz Avstrije in Nemčije, ter Siemensom in Sennheiserjem, največjim proizvajalcem mikrofonov na svetu. 13.2. Izjemni družbeno-ekonomski dosežek C. IZJAVE Podpisani izjavljam/o, da: • so vsi podatki, ki jih navajamo v poročilu, resnični in točni • se strinjamo z obdelavo podatkov v skladu z zakonodajo o varstvu osebnih podatkov za potrebe ocenjevanja ter obdelavo teh podatkov za evidence ARRS • so vsi podatki v obrazcu v elektronski obliki identični podatkom v obrazcu v pisni obliki • so z vsebino zaključnega poročila seznanjeni in se strinjajo vsi soizvajalci projekta Podpisi: zastopnik oz. pooblaščena oseba i vodja raziskovalnega projekta: raziskovalne organizacije: Institut "Jožef Stefan" Paul John Mc Guiness ZIG Kraj in datum: Ljubljana | 16.3.2015 Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2015/215 1 Napišite povzetek raziskovalnega projekta (največ 3.000 znakov v slovenskem in angleškem jeziku) Nazaj 2 Napišite kratko vsebinsko poročilo, kjer boste predstavili raziskovalno hipotezo in opis raziskovanja. Navedite ključne ugotovitve, znanstvena spoznanja, rezultate in učinke raziskovalnega projekta in njihovo uporabo ter sodelovanje s tujimi partnerji. Največ 12.000 znakov vključno s presledki (približno dve strani, velikost pisave 11). Nazaj 3 Realizacija raziskovalne hipoteze. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikost pisave 11) Nazaj 4 V primeru bistvenih odstopanj in sprememb od predvidenega programa raziskovalnega projekta, kot je bil zapisan v predlogu raziskovalnega projekta oziroma v primeru sprememb, povečanja ali zmanjšanja sestave projektne skupine v zadnjem letu izvajanja projekta, napišite obrazložitev. V primeru, da sprememb ni bilo, to navedite. Največ 6.000 znakov vključno s presledki (približno ena stran, velikost pisave 11). Nazaj 5 Navedite znanstvene dosežke, ki so nastali v okviru tega projekta. Raziskovalni dosežek iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Nazaj 6 Navedite družbeno-ekonomske dosežke, ki so nastali v okviru tega projekta. Družbeno-ekonomski rezultat iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) vpišete tako, da izpolnite COBISS kodo dosežka - sistem nato sam izpolni naslov objave, naziv, IF in srednjo vrednost revije, naziv FOS področja ter podatek, ali je dosežek uvrščen v A'' ali A'. Družbeno-ekonomski dosežek je po svoji strukturi drugačen kot znanstveni dosežek. Povzetek znanstvenega dosežka je praviloma povzetek bibliografske enote (članka, knjige), v kateri je dosežek objavljen. Povzetek družbeno-ekonomskega dosežka praviloma ni povzetek bibliografske enote, ki ta dosežek dokumentira, ker je dosežek sklop več rezultatov raziskovanja, ki je lahko dokumentiran v različnih bibliografskih enotah. COBISS ID zato ni enoznačen, izjemoma pa ga lahko tudi ni (npr. prehod mlajših sodelavcev v gospodarstvo na pomembnih raziskovalnih nalogah, ali ustanovitev podjetja kot rezultat projekta ... - v obeh primerih ni COBISS ID). Nazaj 7 Navedite rezultate raziskovalnega projekta iz obdobja izvajanja projekta (do oddaje zaključnega poročila) v primeru, da katerega od rezultatov ni mogoče navesti v točkah 6 in 7 (npr. ni voden v sistemu COBISS). Največ 2.000 znakov, vključno s presledki. Nazaj 8 Pomen raziskovalnih rezultatov za razvoj znanosti in za razvoj Slovenije bo objavljen na spletni strani: http://sicris.izum.si/ za posamezen projekt, ki je predmet poročanja Nazaj 9 Največ 4.000 znakov, vključno s presledki Nazaj 10 Največ 4.000 znakov, vključno s presledki Nazaj 11 Rubrike izpolnite / prepišite skladno z obrazcem "izjava sofinancerja" http://www.arrs.gov.si/sl/progproj/rproj/gradivo/, ki ga mora izpolniti sofinancer. Podpisan obrazec "Izjava sofinancerja" pridobi in hrani nosilna raziskovalna organizacija -izvajalka projekta. Nazaj 12 Navedite en izjemni znanstveni dosežek in/ali en izjemni družbeno-ekonomski dosežek raziskovalnega projekta v letu 2014 (največ 1000 znakov, vključno s presledki). Za dosežek pripravite diapozitiv, ki vsebuje sliko ali drugo slikovno gradivo v zvezi z izjemnim dosežkom (velikost pisave najmanj 16, približno pol strani) in opis izjemnega dosežka (velikost pisave 12, približno pol strani). Diapozitiv/-a priložite kot priponko/-i k temu poročilu. Vzorec diapozitiva je objavljen na spletni strani ARRS http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/, predstavitve dosežkov za pretekla leta pa so objavljena na spletni strani http://www.arrs.gov.si/sl/analize/dosez/. Nazaj Obrazec: ARRS-RPR0J-ZP/2015 v1.00a F1-F6-F8-44-6D-78-89-CB-A4-1D-3C-51-52-11-30-EF-AB-45-A0-66 Priloga 1 Poročilo Sm-Co UL-NTF IJS-K7 IJS-F3 Magneti d.d. 2011 - 2015 Na sliki 1 sta prikazani fotografiji magneta Co-Sm prekritega s prevlekami Cu, Ni in TiN. Na sliki 1a je magnet pred toplotno obdelavo na sliki 1b pa po toplotno obdelavi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni. a) b) Slika 1: Fotografija magneta Co-Sm prekritega s prevleko Cu, Ni in TiN a) pred in b) po toplotno obdelavi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni. Na sliki 2 in 3 je prikazana površina magneta Co-Sm pred toplotno obdelavo (svetlobni mikroskop). Na sliki 3 je opazno svetlejše področje kjer del površine ni prekrit s plastjo TiN. Slika 3: Mikrostruktura (svetlobni mikroskop) magneta Co-Sm prekritega s prevleko Cu, Ni in TiN Na slikah 4 in 5 so prikazani elektronski mikroposnetki (povratno sipani elektroni) površine magneta po toplotni obdelavi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni. Na posnetkih so opazna temnejša in svetlejša področja. X35 5В0мт NTF OMM LJ 20kU X35 5B6«m NTF ÜMM LJ 2S k U Х35 500Mm NTF OMM LJ Slika 4: Elektronski mikroposnetki (povratno sipani elektroni) magneta Co-Sm prekritega s prevleko Cu, Ni in TiN po toplotno obdelavi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni. 20 k U Х2В0 100Mm NTF ÜMM LJ 20kU XI, 000 10Mm NTF OMM LJ Slika 5: Elektronski mikroposnetki (povratno sipani elektroni) magneta Co-Sm prekritega s prevleko Cu, Ni in TiN po toplotno obdelavi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni. Iz mikroanalize na sliki 6 in tabele 1 je razvidno, da temno področje predstavlja območje prevlečeno s TiN prevleko (pretežno titan) svetlo področje pa območje brez TiN prevleke (pretežno nikelj). Slika 6: Elektronski mikroposnetek (povratno sipani elektroni) magneta Co-Sm prekritega s prevleko Cu, Ni in TiN po toplotno obdelavi na zraku pri temperaturi 400°C, 8 dni z označenima področjema mikroanalize EDS (tabela 1). Tabela 1: Elektronska mikroanaliza področja 1 in 2 na sliki 6. območje Co Cu N Ni Ti 1 - 0,41 1,37 1,71 96,52 2 0,46 8,60 - 90,92 - Rezultati kažejo, da po toplotni obdelavi na zraku pri 400°C, 8 dni TiN prevleka na nekaterih mestih ni več prisotna. Na sliki 7 so prikazane magnetne lastnosti neprekritega Sm-Co magneta izmerejenega pri različnih temperaturah. 110 110 Magnetno polje (G) Slika 7: Demagnetizacijske krivulje Sm-Co magneta izmerjene pri različnih temperaturah. Na sliki 8 je prikazano kako remanentna magnetizacija in koercitivnost padata s temperaturo. Opazen je večji vpliv temperature na koercitivnost kot na remanenco. Na slikah so prikazani mikroposnetki polikristalnega aluminijevega oksida prekritega s PVD plastjo Ni na katerega je bil kasneje galvansko nanešen baker in nikelj. Na galvansko plast plast niklja ali neposredno na aluminijev oksid so bile nato nanešene plasti CrN,TiN in TiAlN. Ti vzorci so bili nato izpostavljeni oksidaciji pri temperature 350, 450, in 550°C. Poleg mikrostruktur po zaključeni oksidaciji so predstavljeni tudi diagrami naraščanja mase vzorcev v odvisnosti od časa oksidacije. Na osnovi teh rezultatov so bili izdelani tudi diagrami log k v odvisnosti 1/T iz katerih smo ocenili aktivacijsko energijo Ea. a) b) c) Slika 9: Mikrostruktura vzorcev a) št. 2, b) št. 4, c) št.6, d) št. 8. a) a) b) Slika 11: Mikrostruktura vzorcev a) št. 30 ter b) in c) št. 32 Slika 12: Sprememba mase vzorcev v odvisnosti od temperature in časa oksidacije. Slika 13: Sprememba mase vzorcev v odvisnosti od temperature in časa oksidacije. Slika 14: Diagrama odvisnosti log k od 1/T za različne prevleke. V spodnji tabeli so podane aktivacijske energije Ea in vrednosti log ko na osnovi diagramov za različne prevleke. -starting material —-150 — Ho H (Oe) Slika 15: Odvisnost magnetizacije od magnetnega polja za različne prevleke izpostavljene toplotni obdelavi pri 550 °C. Referenčna vzorca sta Sm2Co17 brez prevleke in brez toplotne obdelave (svetlo modra krivulja) in Sm2Co17 brez prevleke z toplotno obdelavo (temno modra krivulja). Priloga 2 VEDA Področje: šifra in naziv področja Dosežek 1: Začetek novega projekta H2020 REProMag, Začetek novega projekta H2020 REPROMAG Začeli smo z evropskim projektom, imenovanim REProMag, ki ga je Evropska unija financirala, v okviru H2020, z vsoto 5.726.000 €. V tem projektu smo partnerji in prvo srečanje je bilo organizirali 8.1.2015 v Bruslju. REProMag bo raziskal in razvil nove metode recikliranja magnetov z SDS metodo, ki bo omogočala 100% izkoristek recikliranega materiala. Pri tem se bo uporabila metoda 3D tiskanja kompleksnih oblik in večplastnih delov, ki bi bili 30% bolj učinkoviti in z njimi lahko izdelali magnete z dodatnimi geometrijskimi elementi, kot so navoji, hladilni kanali in strukturne optimizacije. REProMag projekt vključuje vodilne raziskovalne skupine iz Slovenije, Nemčije, Avstrije, Francije in Velike Britanije, skupaj z MSP iz Avstrije in Nemčije, ter Siemensom in Sennheiserjem, največjim proizvajalcem mikrofonov na svetu. Priloga 3 IZJAVA SOFINANCERJA APLIKATIVNEGA RAZISKOVALNEGA PROJEKTA 1. Sofinancer (naziv in naslov)_ MAGNETI, Ljubljana, Podjetje za proizvodnjo magnetnih materialov, d.d., Stegne 37, 1000 Ljubljana_ 2. Vrednost sofinancerja za projekt L2-4099_je znašala 92.345,40 EUR, (šifra projekta) kar predstavlja 25,00 % utemeljenih stroškov projekta. 3. Sofinanciranje je bilo izvedeno (datum; obdobje): 1.7.2011 do 31.6.2014 (3 leta)_ 4. Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Zap. št. Rezultati (znanstvena dela, patenti, prenosi v prakso, programska oprema, kongresi, izvedena dela, razstave, itd.) 1 Šifra2 1. D. Sojer, I. Škulj, S. Kobe, J. Kovač, P. J. McGuiness, Protection of Nd2Fe14B-based melt-spun ribbons using nanoscale sol-gel derived films, Surface and Coatings Technology, 232, pp. 123 (2013). A.01 2. Tehnološka posodobitev izdelovanja magnetov z montažo novega jet mlina v tovarni Magneti d.d. G.03 3. Nova znanstvena spoznanja pri izdelava nove zaščite Sm2Co17 magnetov, pred korozijo in izparevanjem Sm. F.02 4. 5. 1 Navedite najpomembnejše rezultate (najmanj enega) raziskovanja. Največ 200 znakov vključno s presledki. 2 Izberite ustrezno šifro (A-F) po Šifrantu raziskovalnih rezultatov in učinkov http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/sifranti/sif-razisk-rezult.asp Komentar:3 V letu 2013 smo izdelali zaščitno za NdFeB trajne magnete za preprečitev korozije med proizvodnjo. S sol-gel metodo smo oplaščili hitro strjene Nd-Fe-B-trakove za uporabo pri izdelavi plastomagnetov. Za analizo topografije in kemične sestave hitro strjenih in oplaščenih trakov smo uporabili Augerjevo elektronsko spektroskopijo, rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo, spektroskopijo sekundarnih elektronov in elektronsko difrakcijsko spektroskopijo. Za določitev protikorozijske učinkovitosti oplaščenja smo izvedli pospešeni stresni preizkus pri temperaturi 110 °C in 90-odstotni vlažnosti, čemur je sledila analiza masnih izgub. Z vibracijskim magnetometrom smo primerjali magnetne lastnosti prahov pred oplaščenjem in po njem. Oplaščanje z Al2O3 je izkazalo kot izvrstna protikorozijska zaščita materiala, ki je odlično zaščitila tudi magnetne lastnosti. Aplikacije plastomagnetov se s tem lahko razširijo tudi na področja, ki zahtevajo zahtevnejše atmosferske razmere, tj. pri višjih temperaturah in visoki vlažnosti. Pravtako se je posodobila oprema za izdelovanje NdFeB magnetov z montažo novega jet mlina, kar bo pripomoglo izdelavi bolj kakovostnih in kvalitetno enakovrednih magnetov. Preizkušali smo vpliv TiN zaščite na korozijo in izparevanja Sm v Sm-Co zlitinah, ki jih proizvedejo v tovarni Magneti d.d.. Najboljše rezultate dobimo na podlagah s predhodno naneseno vmesno plastjo niklja. Le-ta zaobli površino in s tem prekrije neželeno poroznost, ki sicer zelo slabo vpliva na kontinuirnost prevleke TiN. Poleg tega na nikljevih vzorcih ni bilo nobenih težav glede luščenja prevleke, kar smo opazili na poliranih vzorcih brez nikljeve vmesne plasti. Da bi simulirali korozijo in izparevanje Sm v realnem okolju smo TiN prevlečene in neprevlečene magnete izpostavili povišani temperaturi in zraku. Magnete smo na zraku segrevali v cevni peči na 400 °C in držali temperaturo 200h. Po poteku prvih 100h smo magnete vzeli iz peči, izmerili magnetne lastnosti in dali nazaj v peč za drugih 100h. Razlika med prevlečenim in neprevlečenim magnetom se je videla že pri prvih 100h toplotne obdelave. Medtem ko se je pri prevlečenem magnetu površina le malo potemnila, je površina neprevlečenega magneta »pooglenela«. Pri nadaljnjih 100h se je pri neprevlečenem magnetu opazilo že pokanje nikljeve plasti, medtem ko je površina TiN prevlečenega magneta ostala nespremenjena. Mehanske lastnosti neprevlečenega magneta se je tako poslabšala, da se je magnet med merjenjem magnetnih lastnosti pod silo zunanjega polja zdrobil. Na optičnem mikroskopu se je tudi opazilo, da TiN zaščita ne pokriva več celotnega magneta in se je na nekaterih mestih odluščila._ 5. Ocena sofinancerja o pomenu oziroma vplivu rezultatov projekta za sofinancersko organizacijo4: Razvoj Sm-Co magnetov magnetno in korozijkso odpornih na visoke temperature je bil uspešno končan. Razvita je bila ustrezna protikorozijska zaščita. S ponudbo tovrstnih magnetov na trgu bomo povečali konkurenčnost podjtja in s tem povečai njegovo rast. Datum: Zig Podpis: 16. 3. 2015__Albert Erman, dipl. inž. (zakoniti zastopnik sofinancerja) 3 Največ 3000 znakov vključno s presledki. 4 Podatek je obvezen. Največ 3000 znakov vključno s presledki.