En kort introduktion til korngrænsediffusionsproces

Gennemførligheden af ​​den permanente magnet kan bedømmes ud fra remanensstabilitetBr, indre tvangHcj, og maksimale energiprodukter(BH)maxunder ydre tilstand. Magnet med højereBrkan tilbyde stærkere magnetfeltstyrke, så højereHcjkan tjene meget bedre anti-interferens evne. Værdien af(BH)maxrepræsenterer permanent magnets evne til at levere magnetostatisk energi. Det kan ses af nedenstående figur, højt(BH)maxmagnet kan levere samme magnetiske feltstyrke med mindre forbrug, så er udviklingshistorien for den permanente magnet i det væsentlige en proces med at forfølge højere ydeevne.

De fleste sjældne jordarters grundstoffer kan danne RE₂Fe₁₄B-forbindelse med Fe og B og Nd₂Fe₁₄B-forbindelse har den højeste mætning magnetisering og funktionelle magnetokrystallinske anisotropi felt blandt disse RE₂Fe₁₄B-forbindelser. Ud over det er reservevolumen af ​​neodym i jordskorpen relativt rigelig, hvilket kan opretholde forsyningskædens stabilitet og omkostningsfordele.

Mange mikrostrukturobservationer indikerer, at der er seks faser i de sintrede neodymmagneter, derefter Nd₂Fe₁₄B-hovedfase og Nd-rige fase er den bedst kendte på grund af deres indvirkning på den magnetiske ydeevne. Nd₂Fe₁₄B-hovedfase er den eneste hårde magnetiske fase i den sintrede magnet, og dens volumenfraktion bestemmerBrog(BH)maxaf Nd-Fe-B legering. Nd-rig fase spiller en nøglerolle i magnetisk hærdning af sintrede neodymmagneter. Dets sammensætning, struktur, fordeling og morfologi er meget følsomme over for procesbetingelserne. Nd-rige fase er fortrinsvis i form af lagdelt struktur og kontinuerligt fordelt i korngrænseområder.

Koercitivitetsforøgelse af sintrede neodymmagneter

Vindenergigenerator, nyt energikøretøj, energibesparende husholdningsapparater og den nyeste mobile intelligente terminal kræver alle sintrede neodymmagneter, der ikke kun har høj(BH)max, men har også overlegenHcj. Det er altid et stort problem at forbedreHcjmens den stadig holder højBrog(BH)max.

Den iboende koercitivitet af sintrede neodymmagneter er hovedsageligt påvirket af mikrostruktur og sammensætning. Optimering af mikrostruktur fokus på kornforfining og forbedring af fordelingen af ​​Nd-rige fase. Sammensætningen kan optimeres ved at tilføje andre elementer for at forbedre det magnetokrystallinske anisotropifelt i hovedfasekornet. Der eksisterer et positivt forhold mellem koercitiviteten af ​​sintrede neodymmagneter og det magnetokrystallinske anisotropifelt i hovedfasekornet. Det vil sige, jo højere det magnetokrystallinske anisotropifelt i hovedfasekornet er, desto højere koercitivitet af sintrede neodymmagneter. H_Aaf Dy₂Fe₁₄B og Tb₂Fe₁₄B er betydeligt højere end Nd₂Fe₁₄B, så vil der dannes små mængder Dy- eller Tb-element for at erstatte Nd-atomet i hovedfasegitteret (Nd, Dy)₂Fe₁₄B eller (Nd, Tb)₂Fe₁₄B med højere H_Asom effektivt kan forbedre den iboende tvangsevne. De hyppigt anvendte tilsætningsmetoder omfatter traditionel legeringsproces, korngrænsemodifikationsproces og korngrænsediffusionsproces.

Legeringsproces

Legeringsprocessen refererer til at tilføje en vis andel af HREE Dy eller Tb til råmaterialet af sintrede neodymmagneter, så viser alle elementer homogenisering af sammensætningen gennem smelteprocessen. Koercivitetsmekanisme for sintrede neodymmagneter indikerer, at omvendt magnetisk domæne har tendens til at danne kerner ved grænseområderne for hovedfasen, og ensartet fordeling af HREE vil resultere i spild af ressourcer og øge omkostningerne. Frem for alt vil antiferromagnetisk kobling mellem Fe-atomer og Dy-atomer generere en alvorlig magnetisk fortyndingseffekt og forringes væsentligtBrog(BH)max.

Korngrænsemodifikationsproces

For at forbedre udnyttelsesforholdet af HREE og undgå magnetisk fortyndingseffekt foreslås korngrænsemodifikationsproces. For det første, korngrænse modifikationsproces fremstilling Nd₂Fe₁₄B-hovedlegering henholdsvis HREE-rig hjælpelegering, derefter presning og sintring efter blanding af to legeringer i henhold til den bestemte andel. Dy og Tb vil diffundere til hovedfasekorn fra korngrænsen under sintringsprocessen og dannes således (Nd, Dy)₂Fe₁₄B eller (Nd, Tb)₂Fe₁₄B magnetiske hærdende lag ved grænseområderne for hovedfasen og reducerer derfor nukleering af omvendt magnetisk domæne. Selv korngrænsemodifikationsprocessen har fremmet udnyttelsesforholdet eller HREE, HREE eksisterer stadig uundgåeligt i det indre af hovedfasekornet og giver anledning til magnetisk fortyndingseffekt. Korngrænsemodifikationsproces har en oplysende betydning for den efterfølgende korngrænsediffusionsproces.

Korngrænsediffusionsproces

Korngrænsediffusionsprocessen starter med at introducere HREE-lag til magnetens overflade og derefter opleve vakuumvarmebehandling over smeltepunktet for Nd-rige fase. Derfor diffunderer HREE element ind i magneten langs korngrænserne og danner (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B kerne-skal struktur omkring korn af hovedfasen. Så vil hovedfasens anisotropifelt blive forstærket, i mellemtiden bliver korngrænsefasen mere kontinuerlig og lige, hvilket vil svække magnetisk udvekslingskobling mellem hovedfaserne. Det vigtigste træk ved korngrænsediffusionsprocessen er at tillade magnetforøgelseHcjsamtidig med at den holder højBr. I modsætning til legeringsprocessen behøver HREE-elementer ikke at gå ind i hovedfasen, hvilket skaber en væsentlig reduktion i mængden af ​​HREE og kostprisen i konventionelle sintrede neodymmagneter med høj koercitivitet. Korngrænsen er også i stand til at fremstille nogle nye kvaliteter, som tidligere var utænkelige via legeringsprocessen, såsom N54SH og N52UH.

Korngrænsediffusionsbehandling vil blive implementeret efter bearbejdningsprocessen. HREE-laget kan opnås ved sprøjtning, fysisk dampaflejring (PVD), elektroforese og termisk fordampning.

Begrænsninger af korngrænsediffusionsproces

Korngrænsediffusionsprocessen er hovedsageligt begrænset af tykkelsen af ​​magneten, og forstærkningsgraden af ​​iboende koercivitet falder, når tykkelsen øges. At hæve diffusionstemperaturen eller forlænge diffusionstiden kan øge dybden og koncentrationen af ​​diffust HREE og derefter fremme volumenfraktionen af ​​HREE-kerne-skalstrukturen. Imidlertid vil for høj diffusionstemperatur og tid resultere i kornvækst af hovedfasen, i mellemtiden vil fasestruktur og fordeling af Nd-rige fase også ændre sig.