Кратко въведение в процеса на дифузия на границата на зърното

Практичността на постоянния магнит може да се прецени по стабилността на остатъчната устойчивостбр, присъща принудаHcj, и максимално енергийни продукти(BH) макспри външни условия. Магнит с по-високабрможе да предложи по-силна сила на магнитното поле, а след това по-високаHcjможе да обслужва много по-добра способност срещу смущения. Стойността на(BH) макспредставлява способността на постоянния магнит да осигурява магнитостатична енергия. Вижда се от фигурата по-долу, високо(BH) максмагнитът може да осигури същата сила на магнитното поле с по-малко потребление, тогава историята на развитието на постоянния магнит е по същество процес на преследване на по-висока производителност.

Повечето редкоземни елементи могат да образуват RE₂Fe₁₄B съединение с Fe и B, и Nd₂Fe₁₄B съединението има най-високото магнетизиране на насищане и функционално поле на магнитокристална анизотропия сред тези RE₂Fe₁₄Б съединения. Освен това резервният обем на неодим в земната кора е сравнително изобилен, което може да поддържа стабилността на веригата за доставки и предимството в цените.

Много микроструктурни наблюдения показват, че съществуват шест фази в синтерованите неодимови магнити, след това Nd₂Fe₁₄Основната фаза B и богатата на Nd фаза са най-известните поради ефектите им върху магнитните характеристики. Nd₂Fe₁₄B основната фаза е единствената твърда магнитна фаза в синтерования магнит и нейната обемна част определябри(BH) максот сплав Nd-Fe-B. Богатата на Nd фаза играе ключова роля в магнитното втвърдяване на синтеровани неодимови магнити. Неговият състав, структура, разпределение и морфология са силно чувствителни към условията на процеса. Богатата на Nd фаза е за предпочитане под формата на слоеста структура и непрекъснато разпределена в граничните зони на зърната.

Подобряване на коерцитивността на синтеровани неодимови магнити

Генераторът на вятърна енергия, новото енергийно превозно средство, енергоспестяващите домакински уреди и най-новият мобилен интелигентен терминал изискват синтеровани неодимови магнити, които не само имат висока(BH) макс, но и имат превъзходствоHcj. Винаги е основен проблем за подобряванеHcjкато същевременно се поддържа високобри(BH) макс.

Вътрешната коерцитивност на синтерованите неодимови магнити се влияе главно от микроструктурата и състава. Оптимизирането на микроструктурата се фокусира върху рафинирането на зърната и подобрява разпределението на богатата на Nd фаза. Съставът може да бъде оптимизиран чрез добавяне на други елементи за подобряване на полето на магнитокристална анизотропия на основното фазово зърно. Съществува положителна връзка между коерцитивността на синтеровани неодимови магнити и полето на магнитокристална анизотропия на основното фазово зърно. Тоест, колкото по-високо е полето на магнитокристална анизотропия на основното фазово зърно, толкова по-висока е коерцитивността на синтерованите неодимови магнити. Х_Aна Dy₂Fe₁₄B и Tb₂Fe₁₄B са значително по-високи от Nd₂Fe₁₄B, след което добавянето на малки количества Dy или Tb елемент за заместване на Nd атом в основната фазова решетка ще образува (Nd, Dy)₂Fe₁₄B или (Nd, Tb)₂Fe₁₄B с по-високо H_Aкоето може ефективно да подобри присъщата коерцитивност. Често използваните методи за добавяне включват традиционен процес на легиране, процес на модификация на границата на зърното и процес на дифузия на границата на зърното.

Процес на легиране

Процесът на легиране се отнася до добавяне на определена пропорция от HREE Dy или Tb към суровината на синтеровани неодимови магнити, след което всички елементи показват хомогенизиране на състава чрез процеса на топене. Коерцитивният механизъм на синтеровани неодимови магнити показва, че обратният магнитен домейн има тенденция да се заражда в граничните области на основната фаза и равномерното разпределение на HREE ще доведе до загуба на ресурси и повишаване на разходите. Преди всичко, антиферомагнитното свързване между Fe атоми и Dy атоми ще генерира сериозен ефект на магнитно разреждане и значително ще се влошибри(BH) макс.

Процес на модификация на границата на зърното

За да се подобри коефициентът на използване на HREE и да се избегне ефектът на магнитно разреждане, се предлага процес на модификация на границата на зърното. Първо, процесът на модификация на границата на зърното произвежда Nd₂Fe₁₄B основна сплав и съответно богата на HREE спомагателна сплав, след това пресоване и синтероване след смесване на две сплави според определена пропорция. Dy и Tb ще дифундират към основното фазово зърно от границата на зърното по време на процеса на синтероване, като по този начин образуват (Nd, Dy)₂Fe₁₄B или (Nd, Tb)₂Fe₁₄B магнитни втвърдяващи слоеве в граничните зони на основната фаза и следователно намаляват нуклеацията на обърнат магнитен домейн. Дори процесът на модификация на границата на зърното е насърчил съотношението на използване или HREE, HREE все още неизбежно съществува във вътрешността на основната фаза на зърното и води до ефект на магнитно разреждане. Процесът на модификация на границата на зърното има просветляващо значение за последващия процес на дифузия на границата на зърното.

Процес на дифузия на границата на зърното

Процесът на дифузия по границите на зърната започва чрез въвеждане на слой HREE към повърхността на магнита, след което се подлага на топлинна обработка под вакуум над точката на топене на богатата на Nd фаза. Следователно елементът HREE дифундира в магнита по границите на зърното и образува (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B структура ядро-черупка около зърно на основната фаза. Тогава полето на анизотропия на основната фаза ще бъде засилено, междувременно фазата на границата на зърното става по-непрекъсната и права, което ще отслаби свързването на магнитния обмен между основните фази. Най-важната характеристика на процеса на дифузия на границата на зърното позволява увеличаване на магнитаHcjкато същевременно се поддържа високобр. За разлика от процеса на легиране, HREE елементите не трябва да навлизат в основната фаза, като по този начин създават значително намаляване на количеството HREE и себестойността в конвенционалните синтеровани неодимови магнити с висока коерцитивност. Границата на зърното също е в състояние да произвежда някои нови степени, които преди това бяха невъобразими чрез процес на легиране, като N54SH и N52UH.

Третирането чрез дифузия по границите на зърното ще бъде приложено след процеса на обработка. Слоят HREE може да бъде получен чрез пръскане, физическо отлагане на пари (PVD), електрофореза и термично изпаряване.

Ограничения на процеса на дифузия на границата на зърното

Процесът на дифузия на границата на зърното се ограничава главно от дебелината на магнита и степента на усилване на присъщата коерцитивност намалява с увеличаване на дебелината. Повишаването на температурата на дифузия или удължаването на времето за дифузия може да увеличи дълбочината и концентрацията на дифузния HREE, след което да насърчи обемната част на структурата ядро-обвивка на HREE. Въпреки това, прекомерната температура и време на дифузия ще доведат до растеж на зърната на основната фаза, междувременно фазовата структура и разпределението на богатата на Nd фаза също ще се променят.