Stručný úvod do procesu difúzie na hranici zŕn

Praktickosť permanentného magnetu možno posúdiť podľa stability remanencieBr, vnútorná donucovacia schopnosťHcja maximálne energetické produkty(BH) maxpod vonkajším stavom. Magnet s vyššímBrmôže ponúknuť silnejšiu silu magnetického poľa, potom vyššiuHcjmôže slúžiť oveľa lepšie proti rušeniu. Hodnota(BH) maxpredstavuje schopnosť permanentného magnetu poskytovať magnetostatickú energiu. Je to vidieť z obrázku nižšie, vysoká(BH) maxmagnet môže dodať rovnakú silu magnetického poľa s menšou spotrebou, potom je história vývoja permanentného magnetu v podstate procesom dosahovania vyššieho výkonu.

Väčšina prvkov vzácnych zemín môže tvoriť RE₂Fe₁₄B zlúčenina s Fe a B a Nd₂Fe₁₄Zlúčenina B má spomedzi týchto RE najvyššiu nasýtenú magnetizáciu a funkčné pole magnetokryštalickej anizotropie₂Fe₁₄B zlúčeniny. Okrem toho je rezervný objem neodýmu v zemskej kôre relatívne vysoký, čo môže udržať stabilitu dodávateľského reťazca a nákladovú výhodu.

Mnohé pozorovania mikroštruktúr naznačujú, že v sintrovaných neodymových magnetoch existuje šesť fáz, potom Nd₂Fe₁₄Hlavná fáza B a fáza bohatá na Nd sú najznámejšie kvôli ich účinkom na magnetický výkon. Nd₂Fe₁₄Hlavná fáza B je jedinou tvrdou magnetickou fázou v sintrovanom magnete a určuje jej objemový podielBra(BH) maxzo zliatiny Nd-Fe-B. Fáza bohatá na Nd hrá kľúčovú úlohu pri magnetickom kalení spekaných neodymových magnetov. Jeho zloženie, štruktúra, distribúcia a morfológia sú vysoko citlivé na podmienky procesu. Fáza bohatá na Nd je výhodne vo forme vrstvenej štruktúry a je kontinuálne rozložená v oblastiach hraníc zŕn.

Zvýšenie koercitivity sintrovaných neodýmových magnetov

Veterný generátor, nové energetické vozidlo, energeticky úsporné domáce spotrebiče a najnovší mobilný inteligentný terminál si vyžadujú spekané neodymové magnety nielen s vysokým(BH) max, ale majú aj nadradenýHcj. Vždy je to hlavný problém, ktorý treba zlepšiťHcjpričom si stále udržiava vysokúBra(BH) max.

Vnútorná koercivita sintrovaných neodymových magnetov je ovplyvnená hlavne mikroštruktúrou a zložením. Optimalizácia mikroštruktúry sa zameriava na zjemnenie zŕn a zlepšenie distribúcie fázy bohatej na Nd. Zloženie možno optimalizovať pridaním ďalších prvkov na zlepšenie magnetokryštalickej anizotropie poľa hlavnej fázy zrna. Existuje pozitívny vzťah medzi koercitivitou sintrovaných neodymových magnetov a magnetokryštalickým anizotropným poľom zrna hlavnej fázy. To znamená, že čím vyššie je pole magnetokryštalickej anizotropie hlavného fázového zrna, tým vyššia je koercivita sintrovaných neodymových magnetov. H_Az Dy₂Fe₁₄B a Tb₂Fe₁₄B sú podstatne vyššie ako Nd₂Fe₁₄B, potom pridaním malého množstva prvku Dy alebo Tb na nahradenie atómu Nd v mriežke hlavnej fázy sa vytvorí (Nd, Dy)₂Fe₁₄B alebo (Nd, Tb)₂Fe₁₄B s vyšším H_Ačo môže účinne zlepšiť vnútornú koercitivitu. Medzi často používané spôsoby pridávania patrí tradičný proces legovania, proces modifikácie hraníc zŕn a proces difúzie hraníc zŕn.

Proces legovania

Procesom legovania sa rozumie pridanie určitého podielu HREE Dy alebo Tb k surovine spekaných neodymových magnetov, potom všetky prvky vykazujú homogenizáciu zloženia prostredníctvom procesu tavenia. Mechanizmus koercitivity sintrovaných neodymových magnetov naznačuje, že reverzná magnetická doména má tendenciu nukleovať v hraničných oblastiach hlavnej fázy a rovnomerná distribúcia HREE bude mať za následok plytvanie zdrojmi a zvýšenie nákladov. Predovšetkým antiferomagnetická väzba medzi atómami Fe a atómami Dy spôsobí vážne magnetické riedenie a podstatne sa zhorší.Bra(BH) max.

Proces modifikácie hraníc zŕn

Aby sa zlepšil pomer využitia HREE a zabránilo sa efektu magnetického riedenia, navrhuje sa proces modifikácie hraníc zŕn. Po prvé, výroba procesu modifikácie hraníc zŕn Nd₂Fe₁₄Hlavná zliatina B a pomocná zliatina bohatá na HREE, potom lisovanie a spekanie po zmiešaní dvoch zliatin podľa určitého pomeru. Dy a Tb budú difundovať do hlavnej fázy zrna z hranice zŕn počas procesu spekania, čím sa vytvoria (Nd, Dy)₂Fe₁₄B alebo (Nd, Tb)₂Fe₁₄B magneticky vytvrdzujúce vrstvy na hraničných oblastiach hlavnej fázy a tým znižujú nukleáciu reverznej magnetickej domény. Dokonca aj proces modifikácie hraníc zŕn podporil pomer využitia alebo HREE, HREE stále nevyhnutne existuje vo vnútri zrna hlavnej fázy a spôsobuje efekt magnetického riedenia. Proces modifikácie hraníc zŕn má poučný význam pre následný proces difúzie hraníc zŕn.

Proces difúzie na hranici zŕn

Proces difúzie na hranici zŕn začína zavedením vrstvy HREE na povrch magnetu, potom sa podrobí vákuovému tepelnému spracovaniu nad bodom topenia fázy bohatej na Nd. Preto prvok HREE difunduje do magnetu pozdĺž hraníc zŕn a vytvára (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B štruktúra jadro-obal okolo zrna hlavnej fázy. Potom sa anizotropné pole hlavnej fázy zosilní, medzitým sa fáza na hranici zŕn stane súvislejšou a rovnejšou, čo oslabí magnetické výmenné spojenie medzi hlavnými fázami. Najvýznamnejšou vlastnosťou procesu difúzie hraníc zŕn je umožnenie zvýšenia magnetuHcjpri súčasnom udržiavaní vysokejBr. Na rozdiel od procesu legovania, prvky HREE nemusia vstúpiť do hlavnej fázy, čím dochádza k výraznému zníženiu množstva HREE a nákladovej ceny v konvenčných vysoko koercitívnych sintrovaných neodymových magnetoch. Hranica zŕn je tiež schopná vyrábať niektoré nové druhy, ktoré boli predtým nepredstaviteľné procesom legovania, ako napríklad N54SH a N52UH.

Difúzna úprava hraníc zŕn bude realizovaná po procese obrábania. Vrstvu HREE možno získať nástrekom, fyzikálnym naparovaním (PVD), elektroforézou a tepelným odparovaním.

Obmedzenia procesu difúzie na hranici zŕn

Proces difúzie po hraniciach zŕn je obmedzený hlavne hrúbkou magnetu a stupeň zvýšenia vnútornej koercitivity klesá so zvyšujúcou sa hrúbkou. Zvýšenie teploty difúzie alebo predĺženie času difúzie môže zvýšiť hĺbku a koncentráciu rozptýleného HREE a potom podporiť objemový podiel štruktúry jadro-plášť HREE. Avšak nadmerná difúzna teplota a čas budú mať za následok rast zŕn hlavnej fázy, medzitým sa zmení aj štruktúra fáz a distribúcia fázy bohatej na Nd.