La praticabilità del magnete permanente può essere giudicata dalla stabilità della rimanenzaFratello, coercitività intrinsecaHcje prodotti energetici massimi(BH)massimoin condizioni esterne. Magnete con maggioreFratellopuò offrire una forza di campo magnetico più forte, quindi più altoHcjpuò servire una capacità anti-interferenza molto migliore. Il valore di(BH)massimorappresenta la capacità del magnete permanente di fornire energia magnetostatica. Si può vedere dalla figura sottostante, alta(BH)massimoun magnete può fornire la stessa intensità di campo magnetico con un consumo inferiore, quindi la storia dello sviluppo del magnete permanente è essenzialmente un processo volto a ottenere prestazioni più elevate.
La maggior parte degli elementi delle terre rare può formare RE2Per me14Composto B con Fe e B e Nd2Per me14Il composto B ha la più alta magnetizzazione di saturazione e il campo di anisotropia magnetocristallina funzionale tra questi RE2Per me14Composti B. Oltre a ciò, il volume di riserva di neodimio nella crosta terrestre è relativamente abbondante, il che può mantenere la stabilità della catena di fornitura e il vantaggio in termini di costi.
Molte osservazioni sulla microstruttura indicano che nei magneti al neodimio sinterizzati esistono sei fasi, quindi Nd2Per me14La fase principale B e la fase ricca di Nd sono le più note per i loro effetti sulle prestazioni magnetiche. Nd2Per me14La fase principale B è l'unica fase magnetica dura nel magnete sinterizzato e la sua frazione di volume determinaFratelloE(BH)massimodi lega Nd-Fe-B. La fase ricca di Nd svolge un ruolo chiave nell'indurimento magnetico dei magneti al neodimio sinterizzati. La sua composizione, struttura, distribuzione e morfologia sono altamente sensibili alle condizioni di processo. La fase ricca di Nd è preferibilmente sotto forma di struttura stratificata e distribuita in modo continuo nelle aree di confine dei grani.
Miglioramento della coercitività dei magneti al neodimio sinterizzati
Il generatore eolico, i nuovi veicoli energetici, gli elettrodomestici a risparmio energetico e gli ultimi terminali mobili intelligenti richiedono tutti magneti al neodimio sinterizzati che non solo hanno un'elevata(BH)massimo, ma hanno anche una qualità superioreHcj. È sempre una questione importante da migliorareHcjpur mantenendo un livello elevatoFratelloE(BH)massimo.
La coercitività intrinseca dei magneti al neodimio sinterizzati è influenzata principalmente dalla microstruttura e dalla composizione. L'ottimizzazione della microstruttura si concentra sulla raffinazione del grano e migliora la distribuzione della fase ricca di Nd. La composizione può essere ottimizzata aggiungendo altri elementi per migliorare il campo di anisotropia magnetocristallina del grano di fase principale. Esiste una relazione positiva tra la coercitività dei magneti al neodimio sinterizzati e il campo di anisotropia magnetocristallina del grano di fase principale. Vale a dire, maggiore è il campo di anisotropia magnetocristallina del grano di fase principale, maggiore è la coercitività dei magneti al neodimio sinterizzati. L'HAdi Dy2Per me14B e Tb2Per me14B sono considerevolmente più alti di Nd2Per me14B, quindi aggiungendo piccole quantità di elemento Dy o Tb per sostituire l'atomo Nd nel reticolo di fase principale si formerà (Nd, Dy)2Per me14B o (Nd, Tb)2Per me14B con H più altoAche può migliorare efficacemente la coercitività intrinseca. I metodi di aggiunta usati di frequente includono il tradizionale processo di lega, il processo di modifica del bordo del grano e il processo di diffusione del bordo del grano.
Processo di lega
Il processo di lega si riferisce all'aggiunta di una certa proporzione di HREE Dy o Tb alla materia prima dei magneti al neodimio sinterizzati, quindi tutti gli elementi mostrano omogeneizzazione della composizione attraverso il processo di fusione. Il meccanismo di coercitività dei magneti al neodimio sinterizzati indica che il dominio magnetico invertito tende a nucleare nelle aree di confine della fase principale e la distribuzione uniforme di HREE comporterà uno spreco di risorse e un aumento dei costi. Soprattutto, l'accoppiamento antiferromagnetico tra atomi di Fe e atomi di Dy genererà un grave effetto di diluizione magnetica e deteriorerà sostanzialmenteFratelloE(BH)massimo.
Processo di modifica del confine del grano
Per migliorare il rapporto di utilizzo di HREE ed evitare l'effetto di diluizione magnetica, viene proposto un processo di modifica del confine del grano. In primo luogo, il processo di modifica del confine del grano produce Nd2Per me14B lega principale e lega ausiliaria ricca di HREE rispettivamente, quindi pressatura e sinterizzazione dopo aver miscelato due leghe secondo una certa proporzione. Dy e Tb si diffonderanno al grano di fase principale dal confine del grano durante il processo di sinterizzazione, formando così (Nd, Dy)2Per me14B o (Nd, Tb)2Per me14B strati di indurimento magnetico nelle aree di confine della fase principale e quindi diminuiscono la nucleazione del dominio magnetico invertito. Anche se il processo di modifica del confine del grano ha promosso il rapporto di utilizzo o HREE, l'HREE esiste ancora inevitabilmente all'interno del grano della fase principale e dà origine all'effetto di diluizione magnetica. Il processo di modifica del confine del grano ha un significato illuminante per il successivo processo di diffusione del confine del grano.
Processo di diffusione del confine del grano
Il processo di diffusione del bordo del grano inizia con l'introduzione di uno strato HREE sulla superficie del magnete, quindi si sottopone a trattamento termico sotto vuoto al di sopra del punto di fusione della fase ricca di Nd. Pertanto, l'elemento HREE si diffonde nel magnete lungo i bordi del grano e forma (Nd, Dy, Tb)2Per me14B struttura core-shell attorno al grano della fase principale. Quindi il campo di anisotropia della fase principale sarà migliorato, nel frattempo, la fase di confine del grano diventa più continua e dritta, il che indebolirà l'accoppiamento di scambio magnetico tra le fasi principali. La caratteristica più significativa del processo di diffusione del confine del grano è consentire un aumento del magneteHcjmantenendo allo stesso tempo un elevatoFratello. A differenza del processo di lega, gli elementi HREE non devono entrare nella fase principale, creando così una notevole riduzione della quantità di HREE e del prezzo di costo nei magneti al neodimio sinterizzati ad alta coercitività convenzionali. Il confine del grano è anche in grado di produrre alcuni nuovi gradi che in precedenza erano inimmaginabili tramite il processo di lega, come N54SH e N52UH.
Il trattamento di diffusione del bordo del grano verrà implementato dopo il processo di lavorazione. Lo strato HREE può essere ottenuto tramite spruzzatura, deposizione fisica da vapore (PVD), elettroforesi ed evaporazione termica.
Limitazioni del processo di diffusione del bordo del grano
Il processo di diffusione del confine del grano è principalmente vincolato dallo spessore del magnete e il grado di miglioramento della coercitività intrinseca diminuisce all'aumentare dello spessore. L'aumento della temperatura di diffusione o il prolungamento del tempo di diffusione possono aumentare la profondità e la concentrazione di HREE diffuso, quindi promuovere la frazione di volume della struttura core-shell di HREE. Tuttavia, una temperatura e un tempo di diffusione eccessivi determineranno la crescita del grano della fase principale, nel frattempo, anche la struttura di fase e la distribuzione della fase ricca di Nd cambieranno.
