Een korte introductie tot het korrelgrensdiffusieproces

De bruikbaarheid van de permanente magneet kan worden beoordeeld aan de hand van de stabiliteit van de remanentieBr, intrinsieke dwangHcj, en maximale energieproducten(BH)maximaalonder externe conditie. Magneet met hogereBrkan een sterkere magnetische veldsterkte bieden, dan hogerHcjkan een veel beter anti-interferentievermogen hebben. De waarde van(BH)maximaalvertegenwoordigt het vermogen van de permanente magneet om magnetostatische energie te leveren. Dit is te zien in de onderstaande afbeelding, hoog(BH)maximaalAls een magneet dezelfde magnetische veldsterkte kan leveren met een lager verbruik, dan is de ontwikkelingsgeschiedenis van de permanente magneet in wezen een proces van het nastreven van hogere prestaties.

De meeste zeldzame aardmetalen kunnen RE vormen₂Fe₁₄B-verbinding met Fe en B, en Nd₂Fe₁₄B-verbinding heeft de hoogste verzadigingsmagnetisatie en functioneel magnetokristallijn anisotropieveld onder deze RE₂Fe₁₄B-verbindingen. Daarnaast is het reservevolume van Neodymium in de aardkorst relatief overvloedig, wat de stabiliteit van de toeleveringsketen en het kostenvoordeel kan behouden.

Veel microstructuurobservaties geven aan dat er zes fasen bestaan ​​in de gesinterde neodymiummagneten, en dan Nd₂Fe₁₄B hoofdfase en Nd-rijke fase zijn het meest bekend vanwege hun effecten op de magnetische prestaties. Nd₂Fe₁₄B-hoofdfase is de enige harde magnetische fase in de gesinterde magneet en zijn volumefractie bepaaltBrEn(BH)maximaalvan Nd-Fe-B-legering. Nd-rijke fase speelt een sleutelrol bij magnetische verharding van gesinterde neodymiummagneten. De samenstelling, structuur, distributie en morfologie ervan zijn zeer gevoelig voor de procesomstandigheden. Nd-rijke fase is bij voorkeur in de vorm van een gelaagde structuur en continu verdeeld in korrelgrensgebieden.

Coerciviteitsverbetering van gesinterde neodymiummagneten

Windenergiegeneratoren, nieuwe energievoertuigen, energiebesparende huishoudelijke apparaten en de nieuwste mobiele intelligente terminals vereisen allemaal gesinterde neodymiummagneten die niet alleen een hoge(BH)maximaal, maar hebben ook superieureHcjHet is altijd een groot probleem om te verbeterenHcjterwijl het nog steeds hoog blijftBrEn(BH)maximaal.

De intrinsieke coërciviteit van gesinterde Neodymium magneten wordt voornamelijk beïnvloed door microstructuur en samenstelling. Optimalisatie van microstructuur richt zich op korrelverfijning en verbetering van de distributie van Nd-rijke fase. Samenstelling kan worden geoptimaliseerd door andere elementen toe te voegen om het magnetokristallijne anisotropieveld van de hoofdfasekorrel te verbeteren. Er bestaat een positieve relatie tussen coërciviteit van gesinterde Neodymium magneten en magnetokristallijne anisotropieveld van de hoofdfasekorrel. Dat wil zeggen, hoe hoger het magnetokristallijne anisotropieveld van de hoofdfasekorrel, hoe hoger de coërciviteit van gesinterde Neodymium magneten. De H_Avan Dy₂Fe₁₄B en Tb₂Fe₁₄B zijn aanzienlijk hoger dan Nd₂Fe₁₄B, en dan kleine hoeveelheden Dy of Tb element toevoegen om het Nd atoom in het hoofdfase rooster te vervangen zal (Nd, Dy) vormen₂Fe₁₄B of (Nd, Tb)₂Fe₁₄B met hogere H_Adie intrinsieke coërciviteit effectief kunnen verbeteren. De veelgebruikte toevoegingsmethoden omvatten het traditionele legeringsproces, het korrelgrensmodificatieproces en het korrelgrensdiffusieproces.

Legeringsproces

Legeringsproces verwijst naar het toevoegen van een bepaald percentage HREE Dy of Tb aan de grondstof van gesinterde Neodymium magneten, waarna alle elementen homogenisatie van de samenstelling vertonen door het smeltproces. Coërciviteitsmechanisme van gesinterde Neodymium magneten geeft aan dat omgekeerd magnetisch domein de neiging heeft om te nucleëren op de grensgebieden van de hoofdfase, en een uniforme distributie van HREE zal resulteren in verspilling van hulpbronnen en hogere kosten. Bovenal zal antiferromagnetische koppeling tussen Fe-atomen en Dy-atomen een ernstig magnetisch verdunningseffect genereren en aanzienlijk verslechterenBrEn(BH)maximaal.

Proces voor wijziging van de korrelgrens

Om de benuttingsratio van HREE te verbeteren en het effect van magnetische verdunning te vermijden, wordt een korrelgrensmodificatieproces voorgesteld. Ten eerste, korrelgrensmodificatieproces produceert Nd₂Fe₁₄B hoofdlegering en HREE-rijke hulplegering respectievelijk, vervolgens persen en sinteren na het mengen van twee legeringen volgens de bepaalde verhouding. Dy en Tb zullen diffunderen naar hoofdfasekorrel van korrelgrens tijdens het sinterproces, en zo (Nd, Dy) vormen₂Fe₁₄B of (Nd, Tb)₂Fe₁₄B magnetische verhardingslagen bij de grensgebieden van de hoofdfase en verminderen daardoor de nucleatie van het omgekeerde magnetische domein. Zelfs het korrelgrensmodificatieproces heeft de benuttingsverhouding of HREE bevorderd, HREE bestaat nog steeds onvermijdelijk in het binnenste van de hoofdfasekorrel en geeft aanleiding tot een magnetisch verdunningseffect. Het korrelgrensmodificatieproces heeft een verhelderende betekenis voor het daaropvolgende korrelgrensdiffusieproces.

Korrelgrensdiffusieproces

Het diffusieproces van de korrelgrens begint met het introduceren van een HREE-laag op het oppervlak van de magneet, waarna vacuümwarmtebehandeling plaatsvindt boven het smeltpunt van de Nd-rijke fase. Daarom diffunderen HREE-elementen in de magneet langs de korrelgrenzen en vormen (Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B kern-schilstructuur rond korrel van de hoofdfase. Dan zal het anisotropieveld van de hoofdfase worden versterkt, ondertussen zal de korrelgrensfase continu en recht worden, wat de magnetische uitwisselingskoppeling tussen de hoofdfasen zal verzwakken. Het meest significante kenmerk van het korrelgrensdiffusieproces is het toestaan ​​van magneetvergroteHcjterwijl tegelijkertijd een hogeBr. In tegenstelling tot het legeringsproces hoeven HREE-elementen niet de hoofdfase in te gaan, wat een grote vermindering van de hoeveelheid HREE en de kostprijs in conventionele gesinterde Neodymium-magneten met hoge coërciviteit oplevert. Grain boundary is ook in staat om enkele nieuwe kwaliteiten te produceren die voorheen ondenkbaar waren via het legeringsproces, zoals N54SH en N52UH.

Grain boundary diffusion treatment wordt geïmplementeerd na het bewerkingsproces. De HREE-laag kan worden verkregen door spuiten, physical vapor deposition (PVD), elektroforese en thermische verdamping.

Beperkingen van het korrelgrensdiffusieproces

Het diffusieproces van de korrelgrens wordt voornamelijk beperkt door de dikte van de magneet, en de mate van verbetering van de intrinsieke coërciviteit neemt af naarmate de dikte toeneemt. Het verhogen van de diffusietemperatuur of het verlengen van de diffusietijd kan de diepte en concentratie van gediffundeerd HREE vergroten en vervolgens het volumefractie van de HREE-kern-schilstructuur bevorderen. Echter, een te hoge diffusietemperatuur en -tijd zullen resulteren in korrelgroei van de hoofdfase, terwijl de fasestructuur en distributie van de Nd-rijke fase ook zullen veranderen.