powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2024-5-5-12powder-917Research ArticleПроцессы получения и свойства порошковProduction Processes and Properties of PowdersСтруктура и магнитные свойства порошка гексаферрита стронция после измельчения в бильной мельнице в магнитоожиженном слое с последующим отжигомStructure and magnetic properties of strontium hexaferrite powder after milling in a beater mill in a magnetoliquefied layer followed by annealinghttps://orcid.org/0000-0001-8352-2311ЕгоровИ. Н.EgorovI. N.

Иван Николаевич Егоров – к.т.н., доцент, вед. программист Зональной научной библиотеки им. Ю.А. Жданова

Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42

Ivan N. Egorov – Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Lead Prog­rammer at the Regional State Library named after Yu.A. Zhdanov

105/42 Bolshaya Sadovaya Str., Rostov-on-Don 344006, Russia

egorovivan1@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6921-1701ЕгоровН. Я.EgorovN. Ya.

Николай Яковлевич Егоров – к.т.н., доцент кафедры технологии и профессионально-педагогического образования

Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42

Nikolay Ya. Egorov – Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Department of Technology And Professional Pedagogical Education

105/42 Bolshaya Sadovaya Str., Rostov-on-Don 344006, Russia

nyegorov@sfedu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6507-6298РусалевЮ. В.RusalevYu. V.

Юрий Владимирович Русалев – аспирант, мл. науч. сотрудник Международного исследовательского института интеллек­туальных материалов

Россия, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42

Yury V. Rusalev – Postgraduate Student, Junior Scientist at the Smart Materials Research Institute

105/42 Bolshaya Sadovaya Str., Rostov-on-Don 344006, Russia

rusalev@sfedu.ruhttps://orcid.org/0009-0003-6580-638XЕгороваС. И.EgorovaS. I.

Светлана Ивановна Егорова – д.т.н., доцент, профессор кафед­ры физики

Россия, 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Svetlana I. Egorova – Dr. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Department of Physics

1 Gagarin Sq., Rostov-on-Don 344000, Russia

siyegorova@gmail.comЮжный федеральный университетРоссияSouthern Federal UniversityRussian FederationДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202426102024185512Copyright © НИТУ "МИСИС", 20242024НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/917

В работе рассмотрена эффективность обработки дисперсного материала гексаферрита стронция в бильной мельнице в магнитоожиженном слое, образованном в магнитных полях – неоднородном переменном с частотой 50 Гц, градиен­том индукции 90 мТл/м и постоянном с индукцией 15,3 мТл – в условиях, когда измельчение сопровождается агрегацией частиц. Линии магнитной индукции полей взаимно перпендикулярны и параллельны плоскости вращения бил. Методами растровой электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведено комплексное исследование особенностей изменения дисперсного состава и структурных характеристик порошка гексаферрита стронция при увеличении продолжительности измельчения. Показано, что при обработке дисперсной системы гексаферрита стронция со средним размером частиц 1558,5 мкм в магнитоожиженном слое в течение 120 мин не происходит изменения фазового состава порошка, измельчение приводит к уменьшению среднего размера частиц порошка до 0,57 мкм, снижению размера областей когерентного рассеяния, увеличению микродеформации решетки фазы SrFe12O19 и плотности дислокаций. С помощью вибрационного магнитометра при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении изучены магнитные характеристики порошковых образцов до и после отжига. Проведенные исследования позволяют оценить технологический результат обработки дисперсной системы в магнитоожиженном слое с учетом совокупности основных явлений, сопровождающих измельчение.

This study examines the effectiveness of processing dispersed strontium hexaferrite material in a beater mill within a magneto­liquefied layer formed by magnetic fields – an inhomogeneous alternating field with a frequency of 50 Hz and an induction gradient of 90 mT/m, and a constant field with an induction of 15.3 mT – under conditions where milling is accompanied by particle aggregation. The magnetic field lines are mutually perpendicular and parallel to the plane of the milling bodies. A comprehensive investigation of the changes in the dispersed composition and structural characteristics of the strontium hexaferrite powder with increased milling duration was conducted using scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis. The results show that processing the strontium hexaferrite dispersed system with an initial average particle size of 1558.5 µm in a magnetoliquefied layer for 120 min does not alter the phase composition of the powder. However, milling reduces the average particle size to 0.57 µm, decreases the size of the coherent scattering regions, increases the lattice microstrain of the SrFe12O19 phase, and raises the dislocation density. Magnetic properties of the powder samples before and after annealing were studied using a vibrating sample magnetometer at room temperature and normal atmospheric pressure. The conducted research allows for the assessment of the technological outcomes of processing the dispersed system in a magnetoliquefied layer, considering the collective effects that accompany milling.

порошковая металлургиягексаферрит стронциямеханическое измельчениерентгеноструктурный анализрастровая электронная микроскопиявибрационный магнитометрpowder metallurgystrontium hexaferritemechanical millingX-ray diffraction analysisscanning electron microscopyvibrating sample magnetometerReferencesАнциферов В.Н. Проблемы порошкового материаловедения. Ч. IV. Материаловедение поликристалли­ческих ферритов. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 395 с.Antsiferov V.N. Problems of powder materials. Part IV. Materials science polycrystalline ferrites. Ekaterinburg: UrO RAN, 2004. 395 p. (In Russ.).Pullar R. Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics. Progress in Materials Science. 2012;57(7):1191–1334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Pullar R. Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics. Progress in Materials Science. 2012;57(7):1191–1334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Канева И.И., Костишин В.Г., Андреев В.Г., Читанов Д.Н., Николаев А.Н., Кислякова Е.И. Получение гексаферрита бария с повышенными изотропными свойствами. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2014;(3):183–188. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-3-183-188Kaneva I.I., Kostishin V.G., Andreev V.G., Chitanov D.N., Nikolaev A.N., Kislyakova E.I. Оbtaining barium hexaferrite brand 7BI215 with isotropic properties. Materials of Electronics Engineering. 2014;(3):183–188. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2014-3-183-188Цзэ У, Башкиров Л.А., Слонская С.В., Шевченко С.В., Шамбалев В.Н. Магнитные свойства постоянных магнитов на основе феррита стронция М-типа с замещением ионов Sr2+ ионами Sm3+, Gd3+ и ионов Fe3+ ионами Zn2+, Co2+ Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2015;(3):11–16.Ze Wu, Bashkirov L.A., Slonskaya S.V., Shauchenka S.V., Shambalyov V.N. Magnetic properties of permanent magnets based on M-type strontium ferrite with Sr2+ substituted by Sm3+ and Gd3+ and Fe3+ substituted by Zn2+ and Co2+. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series. 2015;(3):11–16 (In Russ.).Kikuchi T., Nakamura T., Yamasaki T., Nakanishi M., Fujii T., Takada J., Ikeda Y. Magnetic properties of La–Co substituted M-type strontium hexaferrites prepared by polymerizable complex method. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010;322(16):2381. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.02.041Kikuchi T., Nakamura T., Yamasaki T., Nakanishi M., Fujii T., Takada J., Ikeda Y. Magnetic properties of La–Co substituted M-type strontium hexaferrites prepared by polymerizable complex method. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010;322(16):2381. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.02.041Huang X., Zhang J., Wang L., Zhang Q. Simple and reproducible preparation of barium hexagonal ferrite by adsorbent combustion method. Journal of Alloys and Compounds. 2012;540(5):137–140. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.05.015Huang X., Zhang J., Wang L., Zhang Q. Simple and reproducible preparation of barium hexagonal ferrite by adsorbent combustion method. Journal of Alloys and Compounds. 2012;540(5):137–140. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.05.015Ketov S.V., Yagodkin Yu.D., Lebed A.L., Chernopyatova Yu.V., Khlopkov K. Structure and magnetic properties of nanocrystalline SrFe12O19 alloy produced by high-energy ball milling and annealing. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006;300(1):e479–e481. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.10.199Ketov S.V., Yagodkin Yu.D., Lebed A.L., Chernopyatova Yu.V., Khlopkov K. Structure and magnetic properties of nanocrystalline SrFe12O19 alloy produced by high-energy ball milling and annealing. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006;300(1):e479–e481. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.10.199Ketov S.V., Yagodkin Yu.D., Menushenkov V.P. Structure and magnetic properties of strontium ferrite anisotropic powder with nanocrystalline structure. Journal of Alloys and Compounds. 2011;509(3):1065–1068. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.09.184Ketov S.V., Yagodkin Yu.D., Menushenkov V.P. Structure and magnetic properties of strontium ferrite anisotropic powder with nanocrystalline structure. Journal of Alloys and Compounds. 2011;509(3):1065–1068. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.09.184Bollero A., Rial J., Villanueva M., Golasinski K.M., Seoane A., Almunia J., Altimira R. Recycling of strontium ferrite waste in a permanent magnet manufacturing plant. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017;5(4):3243–3249. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b03053Bollero A., Rial J., Villanueva M., Golasinski K.M., Seoane A., Almunia J., Altimira R. Recycling of strontium ferrite waste in a permanent magnet manufacturing plant. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017;5(4):3243–3249. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b03053Liu B., Zhang S., Steenari B.M., Ekberg K. Synthesis and properties of SrFe12O19 obtained by solid waste recycling of oily cold rolling mill sludge. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2019;26:642–648. https://doi.org/10.1007/s12613-019-1772-2Liu B., Zhang S., Steenari B.M., Ekberg K. Synthesis and properties of SrFe12O19 obtained by solid waste recycling of oily cold rolling mill sludge. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2019;26:642–648. https://doi.org/10.1007/s12613-019-1772-2Летюк Л.М. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники. М.: МИСИС, 2005. 352 с.Letyuk L.M. Technology of the ferrite materials and magnetoelectronics. Moscow: MISIS, 2005. 352 p. (In Russ.).Goldman A. Modern ferrite technology. 2nd ed. Pittsburgh: Springer, 2006. 438 p.Goldman A. Modern ferrite technology. 2nd ed. Pittsburgh: Springer, 2006. 438 p.Ketov S.V., Lopatina E.A., Bulatov T.A., Yagodkin Yu.D., Menushenkov V.P. Effect of milling in various media and annealing on the structure and magnetic properties of strontium hexaferrite powder. Solid State Phenomena. 2012;190:183–187. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.190.183Ketov S.V., Lopatina E.A., Bulatov T.A., Yagodkin Yu.D., Menushenkov V.P. Effect of milling in various media and annealing on the structure and magnetic properties of strontium hexaferrite powder. Solid State Phenomena. 2012;190:183–187. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.190.183Stingaciu M., Topole M., McGuiness P., Christensen M. Magnetic properties of ball-milled SrFe12O19 particles consolidated by Spark-Plasma Sintering. Scientific Reports. 2015;5:14112. https://doi.org/10.1038/srep14112Stingaciu M., Topole M., McGuiness P., Christensen M. Magnetic properties of ball-milled SrFe12O19 particles consolidated by Spark-Plasma Sintering. Scientific Reports. 2015;5:14112. https://doi.org/10.1038/srep14112Valverde J.M. Fluidization of fine powders: Cohesive versus Dynamical Aggregation. Netherlands: Springer, 2013. 136 p.Valverde J.M. Fluidization of fine powders: Cohesive versus Dynamical Aggregation. Netherlands: Springer, 2013. 136 p.Espin M.J., Valverde J.M., Quintanilla M.A.S., Castellanos A. Stabilization of gas-fluidized beds of magnetic powders by a cross-flow magnetic field. Journal of Fluid Mechanics. 2011;680:80–113. https://doi.org/10.1017/jfm.2011.151Espin M.J., Valverde J.M., Quintanilla M.A.S., Castellanos A. Stabilization of gas-fluidized beds of magnetic powders by a cross-flow magnetic field. Journal of Fluid Mechanics. 2011;680:80–113. https://doi.org/10.1017/jfm.2011.151Vandewalle N., Lumay G. Flow properties and heap shape of magnetic powders. AIP Conference Proceedings. 2009; 1145:135–138. https://doi.org/10.1063/1.3179847Vandewalle N., Lumay G. Flow properties and heap shape of magnetic powders. AIP Conference Proceedings. 2009; 1145:135–138. https://doi.org/10.1063/1.3179847Егоров И.Н., Егорова С.И., Вернигоров Ю.М. Способ измельчения магнитных материалов и устройство для его осуществления: Патент 2306180 (РФ). 2007.Egorov I.N., Egorova S.I., Vernigorov Yu.M. A method of milling magnetic materials and a device for its implementation: Patent 2306180 (RF). 2007. (In Russ.).Егоров И.Н., Егоров Н.Я. Энергозатраты при измельчении в бильной мельнице в магнитоожиженном слое. Международный научно-исследовательский журнал. 2016;8(50):44–47. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.50.182Egorov I.N., Egorov N.Ya. Energy consumption of milling in beater mill in magnetoliquefied layer. International Research Journal. 2016;8(50):44–47. (In Russ.). https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.50.182Андреев В.Г., Канева И.И., Подгорная С.В., Тихонов А.Н. Исследование влияния длительности измельчения порошков гексаферрита стронция на микроструктуру и свойства магнитов на их основе. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2010;(2):43–47.Andreev V.G., Kaneva I.I., Podgornaya S.V., Tikhonov A.N. Investigation of the effect duration of grinding powder of strontium hexaferrite microstructure and properties of the magnets on the basis of their. Materials of Electronics Engineering. 2010;(2):43–47. (In Russ.).Егоров И.Н. Исследование электромагнитного воздействия на процессы структурообразования в магнитоожиженном слое ферритовых дисперсных систем. Вестник ДГТУ. Технические науки. 2012;3(64):44–50.Egorov I.N. Investigation of electromagnetic effect on structuring processes in magnetoliquefied layer of ferrite disperse systems. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2012;3(64):44–50. (In Russ.).Egorov I.N., Egorova S.I., Kryzhanovsky V.P. Particle size distribution and structural state analysis of mechanically milled strontium hexaferrite. Materials Science Forum. 2019;946:293–297. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.293Egorov I.N., Egorova S.I., Kryzhanovsky V.P. Particle size distribution and structural state analysis of mechanically milled strontium hexaferrite. Materials Science Forum. 2019;946:293–297. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.293PowderCell 2.3 – powder pattern calculation from single crystal data and refinement of experimental curves. URL: http://mill2.chem.ucl.ac.uk/ccp/web-mirrors/powdcell/a_v/v_1/powder/e_cell.html (accessed: 17.09.2023).PowderCell 2.3 – powder pattern calculation from single crystal data and refinement of experimental curves. URL: http://mill2.chem.ucl.ac.uk/ccp/web-mirrors/powdcell/a_v/v_1/powder/e_cell.html (accessed: 17.09.2023).Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography. 1969;2:65–71. https://doi.org/10.1107/S0021889869006558Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography. 1969;2:65–71. https://doi.org/10.1107/S0021889869006558Middlemiss S. Surface damage effects in single particle comminution. International Journal of Mineral Processing. 2007;84(1):207–220. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.03.001Middlemiss S. Surface damage effects in single particle comminution. International Journal of Mineral Processing. 2007;84(1):207–220. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.03.001Blanc N., Mayer-Laigle C., Frank X., Radjai F., Delen­ne J. Evolution of grinding energy and particle size during dry ball-milling of silica sand. Powder Technology. 2020;376:661–667. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.08.048Blanc N., Mayer-Laigle C., Frank X., Radjai F., Delen­ne J. Evolution of grinding energy and particle size during dry ball-milling of silica sand. Powder Technology. 2020;376:661–667. ttps://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.08.048Sharapov R. Determination of the ball mills performance, taking into account the particle size of the finished pro­duct. E3S Web of Conferences. 2021;281:01004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128101004Sharapov R. Determination of the ball mills performance, taking into account the particle size of the finished pro­duct. E3S Web of Conferences. 2021;281:01004. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128101004

The authors declare that there are no conflicts of interest present.