O scurtă introducere în procesul de difuzie a granițelor

Practicabilitatea magnetului permanent poate fi judecată după stabilitatea remanențeiBr, coercivitate intrinsecăHcj, și produse energetice maxime(BH)maxîn condiție externă. Magnet cu mai mareBrpoate oferi un câmp magnetic mai puternic, apoi mai mareHcjpoate servi o capacitate anti-interferență mult mai bună. Valoarea a(BH)maxreprezintă capacitatea magnetului permanent de a furniza energie magnetostatică. Se vede din figura de mai jos, sus(BH)maxmagnetul poate furniza aceeași intensitate a câmpului magnetic cu un consum mai mic, atunci istoricul de dezvoltare al magnetului permanent este în esență un proces de urmărire a performanțelor mai mari.

Majoritatea elementelor pământurilor rare pot forma RE₂Fe₁₄B compus cu Fe și B și Nd₂Fe₁₄Compusul B are cea mai mare magnetizare de saturație și câmp de anizotropie magnetocristalină funcțională dintre aceste RE₂Fe₁₄compușii B. Dincolo de aceasta, volumul de rezervă de neodim din scoarța Pământului este relativ abundent, ceea ce poate menține stabilitatea lanțului de aprovizionare și avantajul de cost.

Multe observații de microstructură indică faptul că există șase faze în magneții de neodim sinterizat, apoi Nd₂Fe₁₄Faza principală B și faza bogată în Nd sunt cele mai cunoscute datorită efectelor lor asupra performanței magnetice. Nd₂Fe₁₄Faza principală B este singura fază magnetică dură din magnetul sinterizat, iar fracția sa de volum determinăBrși(BH)maxdin aliaj Nd-Fe-B. Faza bogată în Nd joacă un rol cheie în întărirea magnetică a magneților de neodim sinterizat. Compoziția, structura, distribuția și morfologia sa sunt foarte sensibile la condițiile procesului. Faza bogată în Nd este, de preferință, sub formă de structură stratificată și distribuită continuă în zonele limită de granule.

Îmbunătățirea coercitivității magneților de neodim sinterizat

Generatorul de energie eoliană, vehiculul cu energie nouă, aparatele electrocasnice care economisesc energie și cel mai recent terminal inteligent mobil necesită toate magneții de neodim sinterizat nu numai că au un nivel ridicat.(BH)max, dar au și superiorHcj. Este întotdeauna o problemă majoră de îmbunătățitHcjmenținându-se în același timp ridicatBrși(BH)max.

Coerctivitatea intrinsecă a magneților de neodim sinterizat este influențată în principal de microstructură și compoziție. Optimizarea microstructurii se concentrează pe rafinarea cerealelor și îmbunătățirea distribuției fazei bogate în Nd. Compoziția poate fi optimizată prin adăugarea altor elemente pentru a îmbunătăți câmpul de anizotropie magnetocristalină al granulului de fază principală. Există o relație pozitivă între coercitivitatea magneților de neodim sinterizat și câmpul de anizotropie magnetocristalină al granulului de fază principală. Adică, cu cât este mai mare câmpul de anizotropie magnetocristalină al granulului de fază principală, cu atât este mai mare coerctivitatea magneților de neodim sinterizat. H_Alui Dy₂Fe₁₄B și Tb₂Fe₁₄B sunt considerabil mai mari decât Nd₂Fe₁₄B, apoi adăugarea unor cantități mici de element Dy sau Tb pentru a înlocui atomul de Nd în rețeaua de fază principală se va forma (Nd, Dy)₂Fe₁₄B sau (Nd, Tb)₂Fe₁₄B cu H mai mare_Acare poate îmbunătăți efectiv coercitatea intrinsecă. Metodele de adăugare utilizate frecvent includ procesul tradițional de aliere, procesul de modificare a graniței și procesul de difuzie a graniței.

Procesul de aliere

Procesul de aliere se referă la adăugarea unei anumite proporții de HREE Dy sau Tb la materia primă a magneților de neodim sinterizat, apoi toate elementele prezintă omogenizare a compoziției prin procesul de topire. Mecanismul de coercibilitate al magneților de neodim sinterizat indică faptul că domeniul magnetic inversat tinde să se nucleeze în zonele de frontieră ale fazei principale, iar distribuția uniformă a HREE va duce la risipa de resurse și la creșterea costurilor. Mai presus de toate, cuplarea antiferomagnetică dintre atomii de Fe și atomii de Dy va genera un efect serios de diluare magnetică și se va deteriora substanțialBrși(BH)max.

Procesul de modificare a graniței

Pentru a îmbunătăți rata de utilizare a HREE și pentru a evita efectul de diluare magnetică, este propus un proces de modificare a graniței. În primul rând, procesul de modificare a graniței produce Nd₂Fe₁₄Aliajul principal B și, respectiv, aliajul auxiliar bogat în HREE, apoi presarea și sinterizarea după amestecarea a două aliaje în funcție de o anumită proporție. Dy și Tb se vor difuza către granulele fazei principale de la limita granulelor în timpul procesului de sinterizare, formând astfel (Nd, Dy)₂Fe₁₄B sau (Nd, Tb)₂Fe₁₄B straturile de întărire magnetică la zonele limită ale fazei principale și, prin urmare, scad nuclearea domeniului magnetic invers. Chiar și procesul de modificare a graniței a promovat raportul de utilizare sau HREE, HREE există încă inevitabil în interiorul granului fazei principale și da naștere la efectul de diluare magnetică. Procesul de modificare a graniței are o semnificație iluminatoare pentru procesul de difuzie ulterioară a graniței.

Procesul de difuzie a granițelor

Procesul de difuzie a granițelor începe prin introducerea stratului HREE pe suprafața magnetului, apoi experimentând un tratament termic sub vid deasupra punctului de topire al fazei bogate în Nd. Prin urmare, elementul HREE difuzează în magnet de-a lungul granițelor și formează (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B structura miez-coaja în jurul granulelor fazei principale. Apoi câmpul de anizotropie al fazei principale va fi îmbunătățit, între timp, faza granulelor devine mai continuă și mai dreaptă, ceea ce va slăbi cuplarea schimbului magnetic între fazele principale. Cea mai semnificativă caracteristică a procesului de difuzie a graniței este aceea de a permite creșterea magnetuluiHcjmenținând simultan ridicatBr. Spre deosebire de procesul de aliere, elementele HREE nu trebuie să intre în faza principală, creând astfel o reducere majoră a cantității de HREE și a prețului de cost în magneții convenționali de neodim sinterizat de înaltă coercivitate. Limita cerealelor este, de asemenea, capabilă să producă unele noi calități care anterior erau de neimaginat prin procesul de aliere, cum ar fi N54SH și N52UH.

Tratamentul de difuzie a granulelor va fi implementat după procesul de prelucrare. Stratul HREE poate fi obținut prin pulverizare, depunere fizică de vapori (PVD), electroforeză și evaporare termică.

Limitările procesului de difuzie a granițelor

Procesul de difuzie a granițelor este limitat în principal de grosimea magnetului, iar gradul de îmbunătățire a coercitivității intrinseci scade pe măsură ce grosimea crește. Creșterea temperaturii de difuzie sau prelungirea timpului de difuzie poate crește adâncimea și concentrația HREE difuză, apoi promovează fracțiunea de volum a structurii miez-înveliș HREE. Cu toate acestea, temperatura și timpul excesiv de difuzie vor duce la creșterea boabelor fazei principale, între timp, structura fazei și distribuția fazei bogate în Nd se vor schimba.