Кратак увод у процес дифузије на граници зрна

Практичност трајног магнета може се проценити по стабилности реманенцијеБр, интринзична принудаХцј, и максималних енергетских производа(БХ)макспод спољним условима. Магнет са вишимБрможе понудити јачу јачину магнетног поља, затим већуХцјможе послужити много бољој способности против сметњи. Вредност(БХ)макспредставља способност трајног магнета да обезбеди магнетостатичку енергију. Види се са доње слике, високо(БХ)максмагнет може да обезбеди исту јачину магнетног поља са мањом потрошњом, тада је историја развоја трајног магнета у суштини процес тежње ка вишим перформансама.

Већина елемената ретких земаља може да формира РЕ₂Фе₁₄Б једињење са Фе и Б, и Нд₂Фе₁₄Б једињење има највећу магнетизацију засићења и поље функционалне магнетокристалне анизотропије међу овим РЕ₂Фе₁₄Б једињења. Осим тога, резервна запремина неодимијума у ​​Земљиној кори је релативно обилна што може да одржи стабилност ланца снабдевања и предност у трошковима.

Многа запажања микроструктуре показују да постоји шест фаза у синтерованим неодимијумским магнетима, затим Нд₂Фе₁₄Б главна фаза и фаза богата Нд су најпознатије због њиховог утицаја на магнетне перформансе. Нд₂Фе₁₄Б главна фаза је једина тврда магнетна фаза у синтерованом магнету и њен запремински удео одређујеБри(БХ)макслегуре Нд-Фе-Б. Фаза богата Нд игра кључну улогу у магнетном очвршћавању синтерованих неодимијумских магнета. Његов састав, структура, дистрибуција и морфологија су веома осетљиви на услове процеса. Фаза богата Нд је пожељно у облику слојевите структуре и континуирано распоређена у граничним областима зрна.

Повећање коерцитивности синтерованих неодимијумских магнета

Ветрогенератор, ново енергетско возило, кућни апарати који штеде енергију и најновији мобилни интелигентни терминал захтевају синтеровани неодимијумски магнети не само да имају високу(БХ)макс, али такође имају супериорнеХцј. То је увек велики проблем за побољшањеХцјдок и даље одржава високуБри(БХ)макс.

На интринзичну коерцитивност синтерованих неодимијумских магнета углавном утичу микроструктура и састав. Оптимизација микроструктуре фокусира се на пречишћавање зрна и побољшава дистрибуцију фазе богате Нд. Композиција се може оптимизовати додавањем других елемената ради побољшања магнетокристалног поља анизотропије зрна главне фазе. Постоји позитивна веза између коерцитивности синтерованих неодимијумских магнета и магнетокристалног поља анизотропије зрна главне фазе. Односно, што је веће магнетнокристално поље анизотропије зрна главне фазе, то је већа коерцитивност синтерованих неодимијумских магнета. Х_Aоф Ди₂Фе₁₄Б и Тб₂Фе₁₄Б су знатно већи од Нд₂Фе₁₄Б, а затим додавањем малих количина Ди или Тб елемента за замену атома Нд у главној фазној решетки ће се формирати (Нд, Ди)₂Фе₁₄Б или (Нд, Тб)₂Фе₁₄Б са вишим Х_Aшто може ефикасно побољшати интринзичну коерцитивност. Често коришћене методе додавања укључују традиционални процес легирања, процес модификације граница зрна и процес дифузије на граници зрна.

Процес легирања

Процес легирања се односи на додавање одређене пропорције ХРЕЕ Ди или Тб у сировину синтерованих неодимијумских магнета, након чега сви елементи показују хомогенизацију састава кроз процес топљења. Механизам коерцитивности синтерованих неодимијумских магнета указује на то да обрнути магнетни домен има тенденцију нуклеације на граничним подручјима главне фазе, а равномерна дистрибуција ХРЕЕ ће резултирати губитком ресурса и повећањем трошкова. Изнад свега, антиферомагнетно спајање између Фе атома и Ди атома ће створити озбиљан ефекат магнетног разблаживања и значајно погоршатиБри(БХ)макс.

Процес модификације границе зрна

Да би се побољшао однос искоришћења ХРЕЕ и избегао ефекат магнетног разблаживања, предложен је процес модификације границе зрна. Прво, процес модификације границе зрна производње Нд₂Фе₁₄Б главна легура и помоћна легура богата ХРЕЕ, затим пресовање и синтеровање након мешања две легуре према одређеној пропорцији. Ди и Тб ће дифундовати у зрно главне фазе са границе зрна током процеса синтеровања, тако формирајући (Нд, Ди)₂Фе₁₄Б или (Нд, Тб)₂Фе₁₄Б слојеви магнетног очвршћавања на граничним подручјима главне фазе и тиме смањују нуклеацију обрнуте магнетне домене. Чак и процес модификације границе зрна је унапредио однос коришћења или ХРЕЕ, ХРЕЕ и даље неизбежно постоји у унутрашњости зрна главне фазе и изазива ефекат магнетног разблаживања. Процес модификације границе зрна има просветитељски значај за каснији процес дифузије границе зрна.

Процес дифузије на граници зрна

Процес дифузије на граници зрна почиње увођењем ХРЕЕ слоја на површину магнета, а затим се подвргава вакуумском топлотном третману изнад тачке топљења фазе богате Нд. Стога, ХРЕЕ елемент дифундује у магнет дуж граница зрна и формира (Нд, Ди, Тб)₂Фе₁₄Б структура језгро-љуска око зрна главне фазе. Тада ће се појачати поље анизотропије главне фазе, ау међувремену, фаза границе зрна ће постати континуиранија и равнија што ће ослабити везу магнетне размене између главних фаза. Најзначајнија карактеристика процеса дифузије на граници зрна је омогућавање повећања магнетаХцјуз истовремено одржавање високогБр. За разлику од процеса легирања, ХРЕЕ елементи не морају да улазе у главну фазу, тако да стварају значајно смањење количине ХРЕЕ и цене коштања код конвенционалних висококоерцитивних синтерованих неодимијумских магнета. Граин боундари је такође у стању да произведе неке нове врсте које су раније биле незамисливе путем процеса легирања, као што су Н54СХ и Н52УХ.

Дифузиони третман на граници зрна биће спроведен након процеса обраде. ХРЕЕ слој се може добити прскањем, физичким таложењем паре (ПВД), електрофорезом и термичким испаравањем.

Ограничења процеса дифузије на граници зрна

Процес дифузије на граници зрна углавном је ограничен дебљином магнета, а степен побољшања унутрашње коерцитивности опада како се дебљина повећава. Повећање температуре дифузије или продужење времена дифузије може повећати дубину и концентрацију дифузног ХРЕЕ, а затим повећати запремински удео ХРЕЕ структуре језгро-љуска. Међутим, прекомерна температура и време дифузије ће довести до раста зрна главне фазе, ау међувремену ће се променити и фазна структура и дистрибуција фазе богате Нд.